[發(fā)明專利]一種HKUST-1衍生碳材料HDC以及制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110469714.7
• 申請(qǐng)日: 2021-04-28
• 公開（公告）號(hào): CN113070033A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘珺瑤;陳夢(mèng)珂;常佳曦;王藝文;李意瑤;徐寒雨;白雪婷;于飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海海洋大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/20
• 分類號(hào): B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28
• 代理公司: 上海申浩律師事務(wù)所 31280
• 代理人: 張潔

本發(fā)明公開了一種HKUST?1衍生碳材料HDCHDC及其制備方法。制備方法包括以下步驟：步驟S1.取Cu(NO₃)₂·3H₂O，溶解在去離子水中混勻，得A漿，其中Cu(NO₃)₂·3H₂O與去離子水的固液比為0.05～0.1g/mL步驟S2.取H₃BTC，溶解在乙醇中，攪拌混勻，得B漿，其中H₃BTC和乙醇的固液比為0.015～0.07g/mL。步驟S3.將B漿加入到A漿中，攪拌混勻，得C液。步驟S4.將C液轉(zhuǎn)移至水熱釜中，置于烘箱內(nèi)加熱，得到具有藍(lán)色粉末狀沉淀物的D液。步驟S5.對(duì)D液進(jìn)行過濾，用乙醇反復(fù)洗滌。步驟S6.將洗滌后產(chǎn)物真空干燥，得到藍(lán)色粉末E。步驟S7.將E進(jìn)行炭化，得到HDC材料。該制備方法操作簡便，產(chǎn)物易得，制備得到的材料HDC具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和吸附能力，有利于對(duì)水體中抗生素的吸附。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬有機(jī)骨架材料技術(shù)及碳化衍生物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種HKUST-1衍生碳材料HDC及其制備方法。

背景技術(shù)

金屬有機(jī)骨架聚合物(Metal-organic Frameworks，MOFs)是由不同金屬離子和有機(jī)結(jié)合配體通過配位鍵組成的一類具有重復(fù)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的類沸石材料。相較于傳統(tǒng)的無機(jī)多孔材料，MOFs具有多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，在吸附方面優(yōu)勢(shì)顯著。MOFs材料的孔徑可調(diào)節(jié)，且功能基團(tuán)具有可變性。目前MOFs材料的制備方法有溶劑熱法、微波和超聲法、機(jī)械攪拌法等。第一代含氮含氮雜環(huán)類配體的MOFs材料出現(xiàn)了在除去客體分子后，多孔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌的情況，而目前已研究出的新一代MOFs材料，選擇穩(wěn)定性良好的羧酸類配體，具備足夠剛性的多孔框架。不同目的基團(tuán)的選擇與修飾使得MOFs材料極具多樣性，廣泛應(yīng)用于氫氣存儲(chǔ)、藥物運(yùn)載、催化反應(yīng)、生物傳感器、超級(jí)電容器、污染物吸附等領(lǐng)域。

HKUST-1是一種典型MOFs材料，化學(xué)式為Cu₃(C₉H₃O₆)₂，在1999年首次合成。這一孔性配合聚合物由有機(jī)配體均苯三酸和含Cu的金屬硝酸配合物組成，它的輪槳式次級(jí)結(jié)構(gòu)單元交錯(cuò)聯(lián)結(jié)構(gòu)成了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是目前最早被人熟知的具有面心立方晶體配位結(jié)構(gòu)的MOFs之一。HKUST-1有較大的比表面積和孔隙率，金屬活性位點(diǎn)在活化之后裸露，可實(shí)現(xiàn)有效催化。但現(xiàn)有HKUST-1材料的缺陷在于，在水溶液中不穩(wěn)定，易分解或形成互穿結(jié)構(gòu)，不利于水中污染物的吸附。在處理水體抗生素污染方面，難以進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用。鑒于此，本發(fā)明以HKUST-1為前驅(qū)體，制備一種性能更加穩(wěn)定的衍生碳材料。

高溫炭化是合成衍生碳材料的直接方式，即在惰性氣體的環(huán)境下，由高溫?zé)峤馓幚砬膀?qū)體，除去易揮發(fā)物質(zhì)，在不同的煅燒溫度下，被除去的組分不同，從而繼承或進(jìn)化出獨(dú)有的微觀結(jié)構(gòu)。這一方式工藝簡單、應(yīng)用廣泛，對(duì)于MOFs而言，由于其周期性排列的骨架結(jié)構(gòu)，在熱解過程中可進(jìn)行主客體的組裝，保留自身孔道并便于小分子進(jìn)入。炭化得到的MOFs衍生碳基材料具有高度的可調(diào)控性，該類材料的制備和應(yīng)用極具研究前景。HKUST-1衍生碳可以顯著改善HKUST-1的穩(wěn)定性，且具有更加優(yōu)異的吸附性能，這為該材料在水污染處理上的廣泛應(yīng)用提供了更多的可能。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有HKUST-1材料存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一HKUST-1衍生碳材料HDC以及制備方法，為一種HKUST-1衍生的多孔碳材料，旨在完善現(xiàn)有的HKUST-1衍生碳材料HDC制備方法的缺失，并改善HKUST-1在水溶液中不穩(wěn)定、易分解、吸附量較小的缺陷。

為達(dá)到上述目的，采用的技術(shù)方案是：

一種HKUST-1衍生碳材料HDC的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1.取Cu(NO₃)₂·3H₂O，溶解在去離子水中混勻，得A漿；