[發(fā)明專利]一種疏水介孔納米材料及其制備方法

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• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114452941A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 莊偉;徐曉鵬;饒遠(yuǎn);許敬亮;王志;應(yīng)漢杰;歐陽平凱;劉金樂;蔡亞凡;王石磊;張珂珂
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué);鄭州大學(xué)
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;C08G83/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 仲凌霞;肖明芳

本發(fā)明公開了一種疏水介孔納米材料及其制備方法，(1)將含氯化鋯、對苯二甲酸、無機酸、芳香族單羧酸和N,N?二甲基甲酰胺的混合溶液反應(yīng)，得到金屬有機骨架材料；(2)將金屬有機骨架材料分散于單羧酸溶液中進(jìn)行反應(yīng)，得到介孔金屬有機骨架材料；(3)將介孔金屬有機骨架材料分散于正庚烷中，加入低分子量聚硅氧烷，固化，得到疏水介孔材料。本發(fā)明通過在合成UIO?66的過程中加入芳香族單羧酸苯甲酸，進(jìn)而在配位點造成缺陷，然后在高溫高壓下，使用單羧酸對UIO?66的配位點與對苯二甲酸進(jìn)行配體交換，進(jìn)而擴(kuò)大缺陷，造成幾納米至幾十納米的孔道，最后使用低分子量聚硅氧烷在真空條件下在納米材料表面交聯(lián)固化，形成一層疏水膜。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種疏水介孔納米材料的制備。

背景技術(shù)

金屬有機骨架材料(MOFs)是由金屬中心與有機配體通過自組裝相互連接形成的一類具有周期性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料，其具有比表面積大、孔道易調(diào)控、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)豐富、易功能修飾化等優(yōu)點，在催化、吸附分離、藥物運輸、固定化酶等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。然而，大多數(shù)的MOFs僅僅具有微孔(小于2nm)特征，這會阻礙較大的吸附質(zhì)、前驅(qū)體、反應(yīng)物、催化劑或藥物分子等在孔道內(nèi)的擴(kuò)散，限制該材料的應(yīng)用。因此需要合成具有介孔結(jié)構(gòu)的MOFs來克服那些限制。

然而在某些領(lǐng)域，MOFs材料疏水性的提高也能提高其性能。例如對疏水分子的吸附、非水相中的催化、對疏水分子的分離等等。針對于此，本發(fā)明提出一種疏水介孔納米材料的制備方法，制備出來的納米UIO-66不僅具有大于2nm的介孔，并且還具有疏水性能。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種疏水介孔納米材料及其制備方法。

發(fā)明思路：本發(fā)明通過在合成UIO-66的過程中加入芳香族單羧酸，進(jìn)而在配位點造成缺陷，然后在高溫高壓下，使用單羧酸對UIO-66的配位點與對苯二甲酸進(jìn)行配體交換，進(jìn)而擴(kuò)大缺陷，造成幾納米至幾十納米的孔道，最后使用有機硅小分子在真空條件下在納米材料表面交聯(lián)固化，形成一層疏水膜，賦予了納米材料疏水性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種疏水介孔納米材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將含氯化鋯、對苯二甲酸、無機酸、芳香族單羧酸和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液反應(yīng)，固液分離，洗滌干燥，得到金屬有機骨架材料UIO-66；

(2)將步驟(1)所得UIO-66分散于單羧酸溶液中進(jìn)行配體交換反應(yīng)，洗滌干燥，得到介孔UIO-66；

(3)將步驟(2)所得介孔UIO-66分散于正庚烷中，加入低分子量聚硅氧烷，常溫真空固化，離心，洗滌干燥，得到疏水介孔材料(疏水的介孔UIO-66)；

其中，所述低分子量聚硅氧烷的數(shù)均分子量為200-2000。

步驟(1)中，所述的無機酸包括但不限于鹽酸、硫酸、硝酸。

步驟(1)中，所述芳香族單羧酸包括但不限于苯甲酸。

步驟(1)中，所述混合溶液的制備方法為向氯化鋯與N,N-二甲基甲酰胺的溶液中加入對苯二甲酸、無機酸、芳香族單羧酸，溶解，即得；優(yōu)選為，先向N,N-二甲基甲酰胺中加入氯化鋯，進(jìn)行第一次超聲溶解，然后依次加入對苯二甲酸、濃無機酸、芳香族單羧酸，然后進(jìn)行第二次超聲溶解。

其中，所述第一次超聲溶解的時間為20-40min，優(yōu)選為30min。

其中，所述第二次超聲溶解的時間為5-15min，優(yōu)選為10min。

步驟(1)中，所述混合溶液中，氯化鋯的濃度為1-100g/L，優(yōu)選為1-50g/L，進(jìn)一步優(yōu)選為1-30g/L，更進(jìn)一步優(yōu)選為5-20g/L，再更進(jìn)一步優(yōu)選為10-15g/L，最優(yōu)選為12.94g/L。