一种用于CO2吸附的ZIF-8/柚子皮复合材料的制备方法及应用技术

技术编号:21073308 阅读:36 留言:0更新日期:2019-05-11 02:33
一种用于CO2吸附的ZIF‑8/柚子皮复合材料的制备方法及应用;该方法是用氢氧化钠处理磨碎的柚子皮(Pp)粉末;用硝酸强氧化性处理水解后的柚子皮粉末并冷冻干燥;将羧基功能化的柚子皮(FPp)粉末浸泡在含有锌离子的溶液中;将上述溶液倒入含有2‑甲基咪唑溶液中,放在烘箱中加热进行反应,一段时间后,可获得负载MOF的柚子皮膜或者负载MOF的柚子皮粉末。本发明专利技术原料废物利用成本低且来源广泛,操作简单,无毒无害对环境友好,具有较好的吸附性能;所制备的用于CO2吸附的ZIF‑8/柚子皮复合材料吸收CO2吸附量高吸附速度显著。

Preparation and Application of ZIF-8/Grapefruit Peel Composite for CO2 Adsorption

A preparation method and application of ZIF_8/pomelo peel composite material for CO2 adsorption are described. The pomelo peel (Pp) powders ground by sodium hydroxide are treated; hydrolyzed pomelo peel powders are treated by strong oxidation with nitric acid and freeze-dried; carboxyl functionalized pomelo peel (FPp) powders are immersed in a solution containing zinc ions; and the above solution is poured into a solution containing 2_methylimidazole. After a period of time, the pomelo peel film loaded with MOF or powdered pomelo peel loaded with MOF can be obtained. The raw material waste of the invention has the advantages of low cost, wide source, simple operation, non-toxicity and environmental friendliness, and good adsorption performance. The prepared ZIF_8/pomelo peel composite material for CO2 adsorption has high adsorption capacity and high adsorption speed.

【技术实现步骤摘要】
一种用于CO2吸附的ZIF-8/柚子皮复合材料的制备方法及应用
本专利技术涉及一种用于CO2吸附的ZIF-8/柚子皮复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
随着科学技术的发展,人们生活水平的提高,由此带来的环境污染也日益受到广大人民的关注。在各种污染中,温室气体的危害及防治的严重性众所周知,世界范围内温室效应日趋严重,温室气体指的是大气中能吸收地面反射的太阳辐射,并重新发射辐射的一些气体,如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂等。它们的作用是使地球表面变得更暖,类似于温室截留太阳辐射,并加热温室内空气的作用。这种温室气体使地球变得更温暖的影响称为“温室效应”温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应,就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面,而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收,从而产生大气变暖的效应。温室气体在大气中含量不足1%。大气层中主要的温室气体包括二氧化碳、甲烷、六氟化硫、一氧化二氮、氧化亚氮、氯氟碳化合物、全氟化碳及臭氧。二氧化碳被认为是效果最显著的温室气体,并且近几十年来人类的工业化活动加剧了二氧化碳的排放量,导致了温室气体在大气中的过量聚集,加剧了温室效应。温室气体不仅可能导致全球变暖,还可能给整个地球生态系统中的各种生物体带来影响。因此二氧化碳的处理方法迫在眉睫。柚子皮以及农业“废皮”已被公认为是社会的一种生态负担。然而,“废料皮作为富含木质素纤维素的生物质材料,为生产可再生、低成本和可持续的CO2吸附剂提供了新的思路。ZIF-8是一种易于合成的纳米晶体,具有微孔孔尺寸的ZIF-8由于具有高比表面积和低的表面能,对小分子气体有很强的吸附能力,ZIF-8可以通过改变空气中CO2的迁移趋势和路径,从而降低温室气体中CO2含量。
技术实现思路
本专利技术目的是要解决全球气候变暖、传统化学吸附能源消耗、设备腐蚀、毒性的问题,以达到能降低CO2污染的目的。提供一种新的废物利用思路用于CO2吸附的ZIF-8/柚子皮复合材料的制备方法。本专利技术包括以下步骤:一、葡萄柚的果皮包括两部分,一部分是外皮,有油腺的柚皮,另一部分是白色海绵状中果皮;首先,将外果皮用小刀剥去把葡萄柚皮中果皮的白色海绵状中果皮部分切成立方体,在50~70℃下,在烘箱中干燥12h,并研磨成粉末,将磨碎的粉末10-15g置于400ml1mol/L的NaOH溶液中,加热80℃,加热3小时。并过滤洗涤至PH为7冷冻干燥;二、取上述柚子皮粉末10-15g置于400ml1mol/L的硝酸溶液中,加热80℃,加热2小时,并过滤洗涤至PH为7冷冻干燥;三、将功能化柚子皮置于0.29376g的硝酸锌10ml甲醇溶液中,超声30分钟后浸泡12h,得到前驱体;四、将上述前驱体倒入含有0.32424g的2-甲基咪唑10ml甲醇溶液中,放在烘箱中在60℃温度下进行反应,12h后,抽滤后冷冻干燥可获得负载MOF的柚子皮膜或者负载MOF的柚子皮粉末;所述步骤三中Zn2+与功能化柚子皮组装的反应方法为静电自组装法。所述步骤四中Zn2+与二甲基咪唑形成拓扑结构的反应方法为原位合成法。本专利技术之方法制备的用于CO2吸附的ZIF-8/柚子皮复合材料在CO2气体的物理吸附中的应用。本专利技术的有益效果:本专利技术方法以硝酸锌、2-甲基咪唑,柚子皮为原材料,制备出CO2吸附的ZIF-8/柚子皮复合材料,采用通过静电自组装法、原位合成法、研磨法在120℃制备复合材料,室温储存,放置3个月性质不发生变化。扫描电子显微镜,X射线衍射,红外可证明其稳定性。本专利技术方法通过带正电的锌离子与硝酸强氧化的柚子皮上带负电的羧基发生正负电荷相互作用,生成MOF/柚子皮复合材料。本专利技术绿色化学,原料废物利用成本低且来源广泛,操作简单,无毒无害对环境友好,具有较好的吸附性能;所制备的用于CO2吸附的ZIF-8/柚子皮复合材料吸收CO2吸附量高吸附速度显著。以上表明ZIF-8/柚子皮复合材料具有很好的实用性和在广阔的应用前景。因此,可以利用本专利技术的ZIF-8/柚子皮复合材料吸附CO2,以达到净化空气,去除温室气体主要气体,解决温室效应,降低全球温度,保护环境的目的。附图说明图1是实施例1制备的ZIF-8/柚子皮复合材料的实物照片。图2为实施例1制备的ZIF-8/柚子皮复合材料(FT-IR)光谱。图3是实施例1制备的ZIF-8/柚子皮复合材料XRD谱图。图4为实施例1制备的ZIF-8/柚子皮复合材SEM谱图。图5为实施例1制备的ZIF-8/柚子皮复合材料EDS谱图。图6为实施例1制备的ZIF-8/柚子皮复合材料CO2吸附图。具体实施方式实施例1包括以下步骤:一、葡萄柚的果皮包括两部分;一部分是外皮,有油腺的柚皮,另一部分是白色海绵状中果皮。首先,将外果皮用小刀剥去把葡萄柚皮中果皮的白色海绵状中果皮部分切成立方体,在50~70℃下,在烘箱中干燥12h,并研磨成粉末。将磨碎的粉末10-15g置于400ml1mol/L的NaOH溶液中,加热80℃,加热3小时,并用去离子水洗涤至PH为7,抽滤后冷冻干燥;二、取上述干燥后粉末10-15g置于400ml1mol/L的硝酸溶液中,加热80℃,加热2小时;并用去离子水洗涤至PH为7,抽滤后冷冻干燥;三、将功能化柚子皮置于0.29376g的硝酸锌10ml甲醇溶液中,超声30分钟后浸泡12小时;四、将上述溶液倒入含有0.32424g的2-甲基咪唑10ml甲醇溶液中,放在烘箱中在60℃温度下进行反应,12h后,抽滤后冷冻干燥可获得负载MOF的柚子皮膜或者负载MOF的柚子皮粉末;实施例1是以柚子皮,硝酸锌,2-甲基咪唑为原料,采用静电自组装法和原位合成法制备将具有微孔结构的ZIF-8与农业废弃物柚子皮通过带负电羧酸根和带正电锌离子相互作用,制备ZIF-8/柚子皮复合材料。其合成方法简单,成本低,材料大小可控,具有较强的吸附能力,在CO2处理,农业废弃物回收利用环境保护方面有明显作用。本实施例1制备的MOF/柚子皮复合材料的实物照片如图1所示,将具有生物相溶性良好、绿色无污染、农业废弃物廉价易得且可回收利用的柚子皮作为支撑材料与具有微孔结构、比表面积大、孔体积适宜且易于合成的ZIF-8纳米晶体通过静电相互作用的方式结合,制备出对CO2吸附具有吸附能力高且廉价易得的无机纳米复合材料。柚子皮中含有几种水溶性和不溶性单体和聚合物,水溶性组分中含有葡萄糖、果糖、蔗糖和部分木糖。果胶、纤维素、半纤维素和木质素占不溶性组分的50%~70%。这些聚合物富含羧基和羟基官能团,以及一些脂溶性物质。这些都可在碱性条件下水解,部分水解产物为-OH/-COONa。在硝酸的氧化条件下又可将-COONa转换为-COOH。继而在混合物柚子皮的表面上接满了带负电的羧基,致使柚子皮表面带电负性。带负电的柚子皮会吸附带正电的锌离子。在锌离子位置上原位与为甲基咪唑配位合成ZIF-8晶体。MOF/柚子皮复合材料扫描照片如图4所示,图4(A)和图(B)图像进一步说明了ZIF-8/柚子皮复合材料的形态,由该图可4以看出,该材料正面可以清晰地看见褶皱状的柚子皮,并且可以看到分布均匀致密平整的ZIF-8粒子,这是由于功能化柚子皮与ZIF-8晶体通过静电作用相结合是可行的,导致在该柚子皮上铺的平本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于CO2吸附的ZIF‑8/柚子皮复合材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:一、葡萄柚的果皮包括两部分,一部分是外皮,有油腺的柚皮,另一部分是白色海绵状中果皮;首先,将外果皮用小刀剥去把葡萄柚皮中果皮的白色海绵状中果皮部分切成立方体,在50~70℃下,在烘箱中干燥12h,并研磨成粉末,将磨碎的粉末10‑15g置于400ml1mol/L的NaOH溶液中,加热80℃,加热时间3小时;并过滤洗涤至PH为7冷冻干燥;二、取上述柚子皮粉末10‑15g置于400ml1mol/L的硝酸溶液中,加热80℃,加热2小时;并过滤洗涤至PH为7冷冻干燥;三、将功能化柚子皮置于0.29376g的硝酸锌10ml甲醇溶液中,超声30分钟后浸泡12h,得到前驱体;四、将上述前驱体倒入含有0.32424g的2‑甲基咪唑10ml甲醇溶液中,放在烘箱中在60℃温度下进行反应,12h后,抽滤后冷冻干燥可获得负载MOF的柚子皮膜或者负载MOF的柚子皮粉末。

【技术特征摘要】
1.一种用于CO2吸附的ZIF-8/柚子皮复合材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:一、葡萄柚的果皮包括两部分,一部分是外皮,有油腺的柚皮,另一部分是白色海绵状中果皮;首先,将外果皮用小刀剥去把葡萄柚皮中果皮的白色海绵状中果皮部分切成立方体,在50~70℃下,在烘箱中干燥12h,并研磨成粉末,将磨碎的粉末10-15g置于400ml1mol/L的NaOH溶液中,加热80℃,加热时间3小时;并过滤洗涤至PH为7冷冻干燥;二、取上述柚子皮粉末10-15g置于400ml1mol/L的硝酸溶液中,加热80℃,加热2小时;并过滤洗涤至PH为7冷冻干燥;三、将功能化柚子皮置于0.29376g的硝酸锌10ml甲醇溶液中,超声30分钟后...

【专利技术属性】
技术研发人员:盖方圆朱冬莹敖玉辉赵振波
申请(专利权)人:长春工业大学
类型:发明
国别省市:吉林,22

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