一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF‑8的方法技术

本发明专利技术提供了一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF‑8的方法，首先将硝酸锌和2‑甲基咪唑分别溶于溶剂中；然后加热一定量底液(去离子水或有机溶剂)，将硝酸锌溶液和2‑甲基咪唑溶液并流滴加至底液中反应得到ZIF‑8晶体，并流滴加速度为5～50mL/min，反应时Zn

A method for synthesizing zeolite imidazole metal organic framework ZIF 8

The invention provides a method for synthesizing zeolite imidazole metal organic framework ZIF 8, first and 2 2-methylimidazole zinc nitrate was dissolved in a solvent; then the heating amount of the bottom liquid (deionized water or organic solvent), zinc nitrate solution and 2 2-methylimidazole solution and adding to the bottom liquid flow ZIF was obtained in 8 crystal, and dripping acceleration is 5 ~ 50mL/min, reaction time Zn

【技术实现步骤摘要】
一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF-8的方法
本专利技术涉及金属有机框架材料合成
，具体涉及一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF-8的方法。
技术介绍
沸石型咪唑框架材料(zeoliticimidazolateframeworks,ZIFs)是MOFs材料的一种，它是由过渡金属原子与咪唑或咪唑衍生物连接而生成的一类新型的、具有沸石拓扑结构、比表面积大、结构多样性、孔道尺寸可调及骨架可修饰等优点，广泛应用于气体存储与分离、光学材料、磁性材料、催化材料及生物等领域，正迅速发展成为能源、材料和生命科学交叉领域中的研究热点。ZIF-8是由四面体锌簇和2-甲基咪唑配体自组装形成的具有拓扑结构的多孔晶体，是目前研究最为广泛的一类ZIFs材料，广泛的应用于气体吸附与储存、气体分离、催化、传感等领域。ZIF-8合成方法是指将硝酸锌和有机咪唑配体溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，反应温度为常温-180℃，反应时间为20min-48h，然后过滤、洗涤和干燥，得到粉末状的ZIF-8晶体。但此法合成时间过长、反应温度高、溶剂消耗量大。传统合成ZIF-8的方法是将硝酸锌和2-甲基咪唑溶于有机溶剂加热进行反应，合成的ZIF-8晶体的粒度在变化范围较大。而ZIF-8晶体的粒度大小、形貌、微观结构与宏观性能直接影响其应用空间，因此探索合成高比表面、窄粒度分布、团聚小、晶相稳定性好、易控制粉末粒度的ZIF-8晶体是扩大其应用领域的关键。传统溶剂热法合成ZIF-8晶体由于反应过程过饱和度较低，且不能搅拌，整个反应体系不均一，难以合成高比表面、窄粒度分布、团聚小、晶相稳定性好、易控制粉末粒度的ZIF-8晶体，研究者开发水热法、微波合成法、超声波合成法和机械化学法合成法等方法，所合成的ZIF-8晶体均由于产率低、设备复杂、工艺条件苛刻等缺点难以普及和工业化生产。为了得到高比表面、窄粒度分布、晶相稳定性好的ZIF-8晶体，则要为反应溶液的提供较高的过饱和度。这是因为溶液的过饱和度越大，分散度越大，形成的晶核数目就越多，有利于得到细小颗粒的晶体。而并流加料法使物料间反应在瞬间完成大量成核，并均匀地分散在体系中，因此成核速度远远大于成长速度，生成粒度细小、比表面高的ZIF-8晶体。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF-8的方法。本专利技术的具体技术方案如下：一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF-8的方法，首先将硝酸锌和2-甲基咪唑分别溶于溶剂中得到硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液；然后加热底液至80℃～130℃，将硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液并流滴加至加热的底液中反应得到ZIF-8晶体，其中，反应时Zn2+与2-甲基咪唑的摩尔比为1:4～4:1，硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液并流滴加时的速度为5～50mL/min，反应时温度控制在80℃～180℃，反应时间为8～28小时，控制反应过程pH值为4.5～5.5；硝酸锌溶液中Zn2+的浓度为0.1mol/L～1mol/L；2-甲基咪唑溶液中2-甲基咪唑的浓度为0.1mol/L～1mol/L。本专利技术一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF-8的方法，硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液同时滴入反应器，其中硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液的滴加速度相同或者不同；所述硝酸锌溶液的溶剂为去离子水，2-甲基咪唑溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所述底液的溶剂为去离子水或N,N-二甲基甲酰胺或去离子水与N,N-二甲基甲酰胺的任意比例混合液。本专利技术将硝酸锌和2-甲基咪唑分别溶于溶剂中，将底液加热，向加热的底液中并流滴加硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液，同时搅拌，采用溶剂热法合成ZIF-8晶体。本专利技术通过对溶剂热设备的技术改造，采用并流加料法，保证了反应过程两种反应物同时具有较高的过饱和度，合成的ZIF-8晶体粒度均一，比表面积较高，热稳定性较好。本专利技术对设备要求宽松，操作简单，条件温和，工艺简单，并且大大缩短了反应时间，减少了试剂的消耗，提高了试剂的利用率，环保无毒等优点，具有良好的应用前景。本专利技术能经济有效地合成出结晶度高，粒度均匀，粒径小，分散性良好，比表面积高，热稳定性好的ZIF-8晶体。附图说明图1为本专利技术实施例3合成的ZIF-8晶体的X-射线衍射(XRD)图；图2为本专利技术实施例3合成的ZIF-8晶体的扫描电镜(SEM)图；图3为本专利技术实施例3合成的ZIF-8晶体的热重曲线(TG/DSC)图；图4为本专利技术实施例3合成的ZIF-8晶体的红外光谱(FTIR)图。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术的一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF-8的方法做进一步的详细说明。以下实施例中Langmuir比表面积测定的温度为-197.269℃，吸附的气体为氮气。实施例1：称量5.95g硝酸锌并溶解于50mL去离子水中配成溶液A，称量1.64g2-甲基咪唑并溶解于50mL的DMF中配成溶液B，20mL去离子水为底液C，将底液C加热至80℃,将A溶液以5mL/min速度滴加入C溶液，将B溶液以50mL/min速度滴加入C溶液，保持40r/min的磁力搅拌速度，控制反应过程溶液的pH值为4.5，并流滴加完成后，在80℃条件下保温8小时，过滤、洗涤、干燥得到ZIF-8晶体。实施例2：称量5.95g硝酸锌并溶解于50mL去离子水中配成溶液A，称量3.28g2-甲基咪唑并溶解于50mL的DMF中配成溶液B，20mL去离子水为底液C，将底液C加热至80℃,将A溶液以10mL/min速度滴加入C溶液，将B溶液以15mL/min速度滴加入C溶液，保持70r/min的磁力搅拌速度，控制反应过程溶液的pH值为5.0，并流滴加完成后，在100℃条件下保温10小时，过滤、洗涤、干燥得到ZIF-8晶体。实施例3：称量5.95g硝酸锌并溶解于50mL去离子水中配成溶液A，称量4.92g2-甲基咪唑并溶解于50mL的DMF中配成溶液B，20mL去离子水为底液C，将底液C加热至130℃,将A溶液以15mL/min速度滴加入C溶液，将B溶液以45mL/min速度滴加入C溶液，保持100r/min的磁力搅拌速度，控制反应过程溶液的pH值为5.5，并流滴加完成后，在120℃条件下保温12小时，过滤、洗涤、干燥得到ZIF-8晶体。如图1所示，晶体的特征衍射峰主要在2θ为7.3°，8.7°，9.5°，15.6°，18.2°，19.7°等处，与Yaghi课题组合成的ZIF-8晶体的特征衍射峰位置一致，且衍射峰较尖锐，表明采用溶剂热法合成的为纯度高、结晶度好的ZIF-8晶体。如图2所示，合成的ZIF-8晶体具有较为规整的立方体形貌，且颗粒的一致性较好。如图3所示，合成的ZIF-8晶体的热稳定温度高达473.08℃。如图4所示，通过对比2-甲基咪唑和ZIF-8的振动峰，发现ZIF-8晶体的振动峰与2-甲基咪唑的衍射峰在1500cm-1处有所差异，在1500cm-1处发生红移现象，表明2-甲基咪唑可完全去质子化，合成的是ZIF-8晶体。实施例4：称量5.95g硝酸锌并溶解于50mL去离子水中配成溶液A，称量6.56g2-甲基咪唑并溶解于50mL的DMF中配成溶液B，20mL去离子水为底液C，将底液C加热至90℃,将A溶液以20mL/min速度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF‑8的方法，其特征在于：首先将硝酸锌和2‑甲基咪唑分别溶于溶剂中得到硝酸锌溶液和2‑甲基咪唑溶液；加热底液至80℃～130℃，将所述硝酸锌溶液和2‑甲基咪唑溶液并流滴加至加热的底液中反应得到ZIF‑8晶体，其中，反应时Zn

【技术特征摘要】
1.一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF-8的方法，其特征在于：首先将硝酸锌和2-甲基咪唑分别溶于溶剂中得到硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液；加热底液至80℃～130℃，将所述硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液并流滴加至加热的底液中反应得到ZIF-8晶体，其中，反应时Zn2+与2-甲基咪唑的摩尔比为1:4～4:1，所述硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液并流滴加时的速度为5～50mL/min，反应时温度控制在80℃～180℃，反应时间为8～28小时，控制反应过程pH值为4.5～5.5。2.根据权利要求1所述的一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF-8的方法，其特征在于：所述硝酸锌溶液中Zn2+的浓度为0.1mol/L～1mol/L；所述2-甲基咪唑溶液中2-甲基咪唑的浓度为0.1mol/L～1mol/L。3.根据权利要求2所述的一种合成沸石咪唑类金属有机框架ZIF-8的方法，其特征在于：所述硝酸锌溶液和2-甲基咪唑溶液同时滴入反...

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜，张胜全，卜旭东，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62