一种咪唑沸石框架纳米复合材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种咪唑沸石框架纳米复合材料、制备方法及其应用，它包括中空碳纳米球以及形成在所述中空碳纳米球内的沸石咪唑酯骨架结构材料，所述沸石咪唑酯骨架结构材料的金属中心为Co

A Kind of Imidazole Zeolite Frame Nanocomposites, Its Preparation Method and Application

The invention relates to an imidazole zeolite frame nanocomposite material, a preparation method and its application, which comprises a hollow carbon nanosphere and a zeolite imidazole ester skeleton structure material formed in the hollow carbon nanosphere. The metal center of the zeolite imidazole ester skeleton structure material is Co.

【技术实现步骤摘要】
一种咪唑沸石框架纳米复合材料、制备方法及其应用
本专利技术属于纳米材料领域，具体涉及一种咪唑沸石框架纳米复合材料、制备方法及其应用。
技术介绍
随着人类社会的不断发展，由二氧化碳过度排放引起的温室效应对全球气候造成了极大地破坏。二氧化碳浓度的上升提高了全球的平均气温，导致南北极冰川融化，海平面不断上升，严重危害沿海国家和部分野生动物的栖息。另外，二氧化碳浓度的增加会导致地球表面的温度越来越高，增加了全球极端气候现象发生的几率。因此，降低大气中二氧化碳的浓度已经成为一项迫不及待的任务。为了抑制大气中二氧化碳的浓度，选择多孔材料吸附二氧化碳无疑是其中一种解决方案。咪唑沸石框架材料因具有超大比表面积和孔体积而倍受关注；而且咪唑沸石框架材料本身制备简单，价格便宜，能吸附自身质量几倍的二氧化碳。为了最大限度地发挥高孔隙率咪唑沸石框架材料的优势，这种材料不断被纳米化、复合化以求达到最优性能。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种咪唑沸石框架纳米复合材料。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种咪唑沸石框架纳米复合材料，它包括中空碳纳米球以及形成在所述中空碳纳米球内的沸石咪唑酯骨架结构材料，所述沸石咪唑酯骨架结构材料的金属中心为Co2+且交联配体为烷基咪唑。优化地，所述中空碳纳米球为介孔纳米球，其碳壳厚度为10～50nm。优化地，所述中空碳纳米球的尺寸为100～500nm。优化地，所述沸石咪唑酯骨架结构材料的质量含量为40～60％。本专利技术的又一目的在于提供一种上述咪唑沸石框架纳米复合材料的制备方法，它包括以下步骤：(a)采用模板法制得中空碳纳米球；(b)使熔融的烷基咪唑渗入所述中空碳纳米球内，随后使烷基咪唑与钴盐反应形成沸石咪唑酯骨架结构材料。优化地，步骤(a)具体为：将聚苯乙烯纳米球母液、吡咯单体分散到去离子水中，滴加过硫酸铵溶液进行反应；过滤、干燥得聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米球；将所述聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米球在氮气气氛中碳化，收集得中空碳纳米球。本专利技术的再一目的在于提供一种上述咪唑沸石框架纳米复合材料的应用，它用于吸附二氧化碳。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术咪唑沸石框架纳米复合材料，通过在中空碳纳米球内填充金属中心为Co2+且交联配体为烷基咪唑的沸石咪唑酯骨架结构材料，不仅具有优异的重量轻，机械性能，热力学稳定性和耐腐蚀的优点，还表现出微孔特性的优点，适用于在二氧化碳捕获中的大规模应用。附图说明图1为本专利技术咪唑沸石框架纳米复合材料的制备示意图：(a)咪唑沸石框架纳米复合材料的制备流程图，(b，c)聚苯乙烯纳米球的透射电镜图，(d，e)聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米球的透射电镜图，(f，g)中空碳纳米球，(h，i)负载2-甲基咪唑的中空碳纳米球的透射电镜图，(j，k)咪唑沸石框架纳米复合材料的透射电镜图；图2为实施例1中制得的中空碳纳米球结构表征图：(a)X-射线衍射图谱，(b)拉曼光谱，(c)X-射线光电子能谱，(d)透射电子显微镜图；图3为实施例1中中空碳纳米球的透射电子显微镜图：(a)负载2-甲基咪唑前，(b)负载2-甲基咪唑后；图4为实施例1制备的咪唑沸石框架纳米复合材料的结构表征：(a)X-射线衍射图谱，(b)红外光谱，(c)以5℃min-1的升温速率在氮气气氛中的热重曲线，(d)在77K测量的N2的吸脱附曲线；图5为实施例1制备的咪唑沸石框架纳米复合材料的结构表征：(a，b)孔尺寸分布图,(c，d)以5℃min-1的升温速率在氮气气氛中的热重曲线；图6为实施例1-实施例3中制备的咪唑沸石框架纳米复合材料的吸附实验图：(a，b)273K测量的CO2的吸附曲线，(c)273、293和333K测量的CO2吸附曲线，(d)CO2和N2的吸附曲线，(e)273和293K下的CO2对N2的选择性计算曲线,(f)273K下的CO2吸附循环曲线；图7为实施例1中制备的咪唑沸石框架纳米复合材料的CO2吸附试验曲线：循环2次；循环5次；循环8次；循环10次。具体实施方式本专利技术咪唑沸石框架纳米复合材料，它包括中空碳纳米球以及形成在所述中空碳纳米球内的沸石咪唑酯骨架结构材料，所述沸石咪唑酯骨架结构材料的金属中心为Co2+且交联配体为烷基咪唑(烷基咪唑为常规的那些，如2-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、2-丁基咪唑等，其通式可以表示为：式中n为1～6的整数)。通过在中空碳纳米球内填充金属中心为Co2+且交联配体为烷基咪唑的沸石咪唑酯骨架结构材料，不仅具有优异的重量轻，机械性能，热力学稳定性和耐腐蚀的优点，还表现出微孔特性的优点，适用于在二氧化碳捕获中的大规模应用。所述中空碳纳米球为介孔纳米球，其碳壳厚度为10～50nm。所述中空碳纳米球的尺寸为100～500nm。所述沸石咪唑酯骨架结构材料的质量含量为40～60％。上述咪唑沸石框架纳米复合材料的制备方法，它包括以下步骤：(a)采用模板法制得中空碳纳米球；(b)使熔融的烷基咪唑渗入所述中空碳纳米球内，随后使烷基咪唑与钴盐反应形成沸石咪唑酯骨架结构材料。步骤(a)具体为：将聚苯乙烯纳米球母液、吡咯单体分散到去离子水中，滴加过硫酸铵溶液进行反应；过滤、干燥得聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米球；将所述聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米球在氮气气氛中碳化，收集得中空碳纳米球。上述咪唑沸石框架纳米复合材料的应用，它用于吸附二氧化碳。下面将结合实施例对本专利技术进行进一步说明。实施例1本实施例提供一种咪唑沸石框架纳米复合材料的制备方法，如图1所示，具体如下：(a)合成聚苯乙烯纳米球：将Na2CO3(0.1g，0.94mmol)和十二烷基硫酸钠(0.2g，0.69mmol)溶解在300mL去离子水中，鼓氮气30分钟；加入30mL苯乙烯(使用前依次用5wt％NaOH溶液、去离子水洗涤以除去阻聚剂)，在60℃加热搅拌30分钟；滴加过硫酸钾溶液(15ml，0.23mol/L)并升温至75℃，反应20h，冷却至室温；以12000rpm的转速离心、用去离子水洗涤，重复三次后分散到100mL去离子水中得聚苯乙烯纳米球母液；合成聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米球：取聚苯乙烯纳米球母液2mL(约0.1gmL-1)、0.6mL吡咯单体分散到100mL去离子水中搅拌10分钟，滴加过硫酸铵溶液(100mL,1.7mmol)反应6h，过滤洗涤，在60℃真空干燥12h即可；制备中空碳纳米球：将聚吡咯包覆聚苯乙烯纳米球(0.2g)放置于石英坩埚中，以5℃min-1的升温速率在氮气气氛中加热到800℃，自然冷却至室温后收集得中空碳纳米球(简称HCSs)；其表征如图2。(b)合成中空碳纳米球包覆的ZIF-67复合材料：取中空碳纳米球20mg和2-甲基咪唑300mg，充分研磨混合后置于石英坩埚中；在氮气气氛中，以5℃min-1的速率从室温升温至145℃，保温20h；然后将混合材料用甲醇洗涤一遍后再次分散到甲醇中，加入溶有硝酸钴(0.05g)的4mL甲醇，搅拌反应24h以形成沸石咪唑酯骨架结构材料；使得过滤干燥产物获得咪唑沸石框架纳米复合材料(简称ZIF-67@HCSs-40，40指沸石咪唑酯骨架结构材料的平均尺寸，nm)，其测试性能见图3-图5所示(以市售的ZIF-67、HCSs进行对比)。实施例2本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种咪唑沸石框架纳米复合材料，其特征在于：它包括中空碳纳米球以及形成在所述中空碳纳米球内的沸石咪唑酯骨架结构材料，所述沸石咪唑酯骨架结构材料的金属中心为Co

【技术特征摘要】
1.一种咪唑沸石框架纳米复合材料，其特征在于：它包括中空碳纳米球以及形成在所述中空碳纳米球内的沸石咪唑酯骨架结构材料，所述沸石咪唑酯骨架结构材料的金属中心为Co2+且交联配体为烷基咪唑。2.根据权利要求1所述的咪唑沸石框架纳米复合材料，其特征在于：所述中空碳纳米球为介孔纳米球，其碳壳厚度为10~50nm。3.根据权利要求1所述的咪唑沸石框架纳米复合材料，其特征在于：所述中空碳纳米球的尺寸为100~500nm。4.根据权利要求1所述的咪唑沸石框架纳米复合材料，其特征在于：所述沸石咪唑酯骨架结构材料的质量含量为40~60%。5.权利要求1至4中任一所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：严锋，李奇，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32