一种ZIF-8纳米晶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于环境吸附材料制备技术领域，公开了一种ZIF‑8纳米晶及其制备方法和应用。包括以下步骤：将六水合硝酸锌和2‑甲基咪唑分别溶于甲醇中，搅拌溶解后将两种溶液充分混合均匀，再在室温条件下静置晶化，得到乳白色乳浊液，然后经过离心、洗涤、干燥即得到ZIF‑8纳米晶。将本发明专利技术制得的ZIF‑8纳米晶分散于含阿莫西林目标污染物的水溶液中，pH值范围调节控制为5～10进行吸附。本发明专利技术操作工艺简便，对设备条件要求低，条件温和能耗低，重复性高，易于工业化生产，且对阿莫西林的吸附去除效率高达98.6％，在水污染处理方面有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种ZIF-8纳米晶及其制备方法和应用
本专利技术属于金属有机骨架配合物的制备领域，特别涉及一种ZIF-8纳米晶及其制备方法和应用。
技术介绍
金属有机骨架(MOFs)是由金属离子或金属簇与有机配体通过配位自组装而形成的一类新型多孔晶体材料。与传统多孔材料相比，MOFs具有大的比表面积、高的孔隙率及结构多样性等优异特性，目前已广泛应用于气体存储分离、催化、光电、传感等领域。特别是在水体污染控制技术研究方面，MOFs在针对水体中的污染物(如抗生素、偶氮染料、杀虫剂等)去除领域展现出优异的吸附性能。但目前有研究发现部分MOFs对湿度、酸碱等环境条件极为敏感，会出现结构不稳定的现象，因此在实际应用中受到极大的限制。类沸石咪唑框架(ZIF)具有沸石拓扑结构，是MOFs中具有代表性的一类配合物，由于金属离子和咪唑间的强相互作用，ZIF展示出优良的化学和热稳定性，其中沸石咪唑酯骨架ZIF-8的改良制备受到研究者们的广泛关注。专利CN103230777B公开了一种吸附材料ZIF-8的大量制备方法，其合成条件为以反应釜作为反应容器，以二甲基甲酰胺有机溶剂为反应介质，在140℃的高温下保持24h。专利CN107722046A公开了一种利用表面活性剂调控ZIF-8晶体形貌的方法，其以水作为反应溶剂，绿色环保，但反应过程仍需高达120℃的高温条件并维持12～36h，由此可获得晶型良好的ZIF-8晶体。此外也有研究者通过外加模板剂的方法来制备具有多级孔道结构的ZIF-8材料，如专利CN106905536A和专利CN107715843A分别在合成过程中加入了模板剂二乙胺和溴代十六烷。但是无论是溶剂热法还是水热法，都需要高温高压的特殊条件，而且合成周期长，难以应用于工业化扩大生产。
技术实现思路
为了解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种ZIF-8纳米晶。本专利技术的另一目的为提供上述ZIF-8纳米晶的制备方法。本专利技术的再一目的为提供上述ZIF-8纳米晶的应用。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种ZIF-8纳米晶的制备方法，包括以下步骤：(1)将六水合硝酸锌加入到甲醇中，搅拌使其溶解得到溶液A；(2)将2-甲基咪唑加入到甲醇中，搅拌使其溶解得到溶液B；(3)将溶液A倒入溶液B中，快速搅拌得到混合液；(4)将步骤(3)制得的混合液静置0.5～2h后得到白色乳浊液，然后将白色乳浊液进行离心、洗涤、真空干燥，即制得所述ZIF-8纳米晶。优选的，步骤(1)所述六水合硝酸锌在甲醇中的加入量为20～30g/L。优选的，步骤(2)所述2-甲基咪唑在甲醇中的加入量为30～36g/L。优选的，步骤(3)所述溶液A与溶液B的体积比为1:1。优选的，步骤(1)和步骤(2)所述搅拌的时间为10～20min。优选的，步骤(3)所述搅拌的时间为5～15min，所述的搅拌速率为700～1000r/min。优选的，步骤(4)所述真空干燥的温度为60～80℃，真空干燥的时间为6～12h。上述ZIF-8纳米晶的制备方法制备得到的ZIF-8纳米晶。上述ZIF-8纳米晶在吸附去除水体中阿莫西林中的应用。优选的，所述的应用包括如下步骤：在20～35℃下，按照0.3～0.7g/L的标准在阿莫西林溶液中投放所述的ZIF-8纳米晶，调节溶液的pH为5～10进行吸附，阿莫西林溶液的初始浓度≤100mg/L。本专利技术针对ZIF-8合成条件苛刻，反应周期长等问题，提出一种在常温下快速合成ZIF-8纳米晶的制备方法及应用。该方法无需外加模板剂或表面活性剂，而且在室温条件下即可进行反应，在反应过程中通过静置这一操作降低晶体成核速度和生长速度，由此可获得晶体形貌良好和尺寸均一的ZIF-8纳米晶。所制得的ZIF-8纳米晶对阿莫西林具有优异的吸附去除性能。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术提供了一种在常温(22～30℃)下快速合成ZIF-8纳米晶的方法，原材料廉价易得，成本低，合成方法简单易操作。能合成得到晶体形貌良好且尺寸均一的纳米晶，重复性好。(2)本专利技术制得的ZIF-8晶体为多面体结构，晶体尺寸约为30～40nm，合成过程无需高温高压条件以及外加任何模板剂或表面活性剂等。(3)与商业多孔材料(活性炭和ZSM-5分子筛)相比，本专利技术制得的ZIF-8晶体能够快速吸附水体中的阿莫西林，且去除率高达98.6％，效果优异。附图说明图1是实施例1～3所制得的ZIF-8纳米晶和对比例制得的ZIF-8的XRD图。图2是实施例2所制得的ZIF-8纳米晶和对比例制得的ZIF-8的SEM图。图3是实施例3所制备的ZIF-8纳米晶和对比例所制备的ZIF-8的N2吸脱附等温线图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步描述，但本专利技术的实施不限于此，变化实施都包含在本专利技术的技术范围内。以下实施例所指的室温为22～30℃。实施例1将2.5g六水合硝酸锌溶于85mL甲醇中，磁力搅拌15min完全溶解，得到溶液A；将2.75g2-甲基咪唑溶于85mL甲醇中，磁力搅拌15min完全溶解，得到溶液B；将溶液A倒入溶液B中，700r/min磁力搅拌10min，得到混合液；将上述制得的混合液在室温下静置1h后得到白色乳浊液，然后将所得白色乳浊液进行离心、洗涤，60℃真空干燥12h，即制得所述的ZIF-8纳米晶。实施例2将1.5g六水合硝酸锌溶于60mL甲醇中，磁力搅拌10min完全溶解，得到溶液A；将2.1g2-甲基咪唑溶于60mL甲醇中，磁力搅拌10min完全溶解，得到溶液B；将溶液A倒入溶液B中，800r/min磁力搅拌15min，得到混合液；将上述制得的混合液在室温下静置0.5h后得到白色乳浊液，然后将所得白色乳浊液进行离心、洗涤，60℃真空干燥6h，即制得所述的ZIF-8纳米晶。实施例3将2.9g六水合硝酸锌溶于135mL甲醇中，磁力搅拌15min完全溶解，得到溶液A；将4.8g2-甲基咪唑溶于135mL甲醇中，磁力搅拌15min完全溶解，得到溶液B；将溶液A倒入溶液B中，1000r/min磁力搅拌15min，得到混合液；将上述制得的混合液在室温下静置2h后得到白色乳浊液，然后将所得白色乳浊液进行离心、洗涤，80℃真空干燥10h，即制得所述的ZIF-8纳米晶。对比例将2.9g六水合硝酸锌溶于135mL甲醇中，磁力搅拌15min完全溶解，得到溶液A；将4.8g2-甲基咪唑溶于135mL甲醇中，磁力搅拌15min完全溶解，得到溶液B；将溶液A倒入溶液B中，1000r/min磁力搅拌15min，得到白色乳浊液，将该乳浊液进行离心分离、洗涤，80℃真空干燥10h，即制得ZIF-8。本专利技术的实施例1～3所制得的ZIF-8纳米晶和对比例制得的ZIF-8，其表征结果和吸附水体中的阿莫西林性能如下：(1)XRD表征采用荷兰帕纳科公司生产的Empyrean锐影X射线衍射仪对本专利技术的实施例1～3所制得的ZIF-8纳米晶以及对比例制得的ZIF-8进行晶体结构表征，如图1所示，其中操作条件为：铜靶，40KV，40mA，步长0.0131度，扫描速度9.664秒/步。从图1可以看出，在无表面活性剂或模板剂添加的条件下，实施例1～3所制得的ZIF-8纳米晶的衍生峰峰强且尖锐，表明所制得的ZIF-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZIF‑8纳米晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将六水合硝酸锌加入到甲醇中，搅拌使其溶解得到溶液A；(2)将2‑甲基咪唑加入到甲醇中，搅拌使其溶解得到溶液B；(3)将溶液A倒入溶液B中，搅拌得到混合液；(4)将步骤(3)制得的混合液静置0.5～2h后得到白色乳浊液，然后将白色乳浊液进行离心、洗涤、真空干燥，即制得所述ZIF‑8纳米晶。

【技术特征摘要】
1.一种ZIF-8纳米晶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将六水合硝酸锌加入到甲醇中，搅拌使其溶解得到溶液A；(2)将2-甲基咪唑加入到甲醇中，搅拌使其溶解得到溶液B；(3)将溶液A倒入溶液B中，搅拌得到混合液；(4)将步骤(3)制得的混合液静置0.5～2h后得到白色乳浊液，然后将白色乳浊液进行离心、洗涤、真空干燥，即制得所述ZIF-8纳米晶。2.根据权利要求1所述的ZIF-8纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述六水合硝酸锌在甲醇中的加入量为20～30g/L。3.根据权利要求2所述的ZIF-8纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述2-甲基咪唑在甲醇中的加入量为30～36g/L。4.根据权利要求3所述的ZIF-8纳米晶的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述溶液A与溶液B的体积比为1:1。5.根据权利要求1～4任一项所述的ZIF-8纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：程建华，杨草，张继勇，周心慧，
申请(专利权)人：华南协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44