一种快速合成多级孔ZIF‑8材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速合成多级孔ZIF‑8材料的方法，使用该方法可以成功的将合成时间降低至1min。该合成方法包括如下步骤：分别将Zn(NO

A method for the rapid synthesis of hierarchical mesoporous ZIF 8 materials

The invention discloses a method for the rapid synthesis of hierarchical mesoporous ZIF 8 material, the method can be used successfully in the synthesis time reduced to 1min. The synthesis method comprises the following steps of: Zn (NO);

【技术实现步骤摘要】
一种快速合成多级孔ZIF-8材料的方法
本专利技术属于多级孔金属有机骨架的快速制备领域，具体涉及一种快速合成多级孔ZIF-8材料的方法。
技术介绍
金属有机骨架(MOFs)指通过金属离子或金属簇和有机配体配位自组装形成的多孔晶体材料。其高比表面积、高孔隙率和可调的孔道尺寸，使得MOFs材料在气体储存、吸附分离、非均相催化、药物递送以及化学传感器方面都有很好的应用前景。但大部分被报道的MOFs都只具有微孔结构，使它的应用局限于小分子的分离与反应，同时狭窄的通道也限制了扩散和质量传递的速率。因此，合成同时具有介孔结构和微孔结构的多级孔MOFs具有重大的意义。一方面，材料具有较大的介孔孔道，在大分子的吸附和催化方面能够满足需求。另一方面，材料中的微孔结构保证了高的比表面积和材料的稳定性。延长配体法和软模版法是引入常用的两种方法。在2002年，Yaghi小组[EddaoudiM,KimJ,RosiN,etal.SystematicdesignofporesizeandfunctionalityinisoreticularMOFsandtheirapplicationinmethanestorage.[J].Science,2002,295(5554):469-72.]报道了一系列以MOF-5为基础，用不同尺寸的有机羧酸配体合成的孔径跨度从的规则MOFs材料。但通过延长有机配体的长度来达到合成介孔的目的，容易发生框架相互贯穿，以及在移除客体分子后骨架容易坍塌。而软模板法相比之下更为方便可行。通过使用表面活性剂和嵌段共聚物作为结构导向剂(SDA)，金属离子和有机配体形成的前驱体和结构导向剂共组装形成晶体，在从材料中除去SDA后，就形成了由微孔MOF构成介孔孔壁的多级孔材料。通过改变模版剂的种类、浓度可以有效的调节骨架结构和孔径大小。例如2008年，Qiu等[QiuLG,XuT,LiZQ,etal.HierarchicallyMicro-andMesoporousMetal-organicFrameworkswithTunablePorosity[J].AngewandteChemieInternationalEdition,2008,47(49):9487-9491.]用表面活性剂CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)作为SDA，合成了一系列基于微孔[Cu3(btc)2(H2O)3](HKUST-1)的孔径从3.8-31.0nm可调的介孔[Cu3(btc)2(H2O)3](btc＝1,3,5-均苯三甲酸)。而沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)是一类新的MOFs。ZIFs材料不仅具有MOFs的所有优点，它还拥有出色的热稳定性和耐化学性，但它的孔径通常只有因此合成多级孔ZIFs提高它的性能受到了科研工作者们的关注。Lotsch和其合作者[JunggeburthSC,SchwinghammerK,VirdiKS,etal.Towardsmesostructuredzincimidazolateframeworks.[J].Chemistry-AEuropeanJournal,2012,18(7):2143-52.]首次报道通过用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂合成介孔ZIFs材料。在2004年Wu等人[WuYN,ZhouM,ZhangB,etal.Aminoacidassistedtemplatingsynthesisofhierarchicalzeoliticimidazolateframework-8forefficientarsenateremoval.[J].Nanoscale,2014,6(2):1105-12.]报道了一例使用CTAB和氨基酸L-组氨酸(His)作为共模板剂在室温下成功地合成多级孔ZIF-8材料，其中组氨酸在CTAB胶束的稳定化中起到了关键作用。空时产率STY(spacetimeyields)作为评价化工生产效果得一个重要指标，描述了单位体积和时间形成的产物的量。根据Stock等人[StockN,BiswasS.ChemInformAbstract:SynthesisofMetal—OrganicFrameworks(MOFs):RoutestoVariousMOFTopologies,Morphologies,andComposites[J].ChemInform,2012,43(16):933-69.]的整理，文献报道的大部分合成ZIF-8的空时产率为σp＝100(kg·m-3·d-1)。本专利技术采用二乙醇胺作为模板剂，快速并高产率地合成一种多级孔金属-有机骨架材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种快速合成多级孔ZIF-8材料的方法，旨在简便快速地合成同时具有微孔、介孔、大孔三种孔道结构的多级孔ZIF-8材料，同时提高产率。本专利技术原料为Zn(NO3)2·6H2O和2-甲基咪唑、模板剂二乙醇胺(购于百灵威)、甲醇，仅使用表面活性剂二乙醇胺作为结构导向剂，即可快速合成出一种富含多种孔道结构的ZIF-8材料。本专利技术的目的通过下述技术方案实现。一种快速合成多级孔ZIF-8材料的方法，包括如下步骤：(1)将Zn(NO3)2·6H2O溶于甲醇中，搅拌，得Zn(NO3)2·6H2O甲醇溶液；(2)将2-甲基咪唑溶于等量甲醇中，搅拌，得2-甲基咪唑甲醇溶液；(3)将Zn(NO3)2·6H2O甲醇溶液和2-甲基咪唑甲醇溶液混合，搅拌，得混合溶液；(4)将模板剂二乙醇胺加入步骤(3)中的混合溶液中，搅拌；(5)将步骤(4)所得的产物抽滤，放入真空干燥箱中干燥，制得多级孔ZIF-8材料。优选地，步骤(1)、步骤(2)中的搅拌时间均为15-20分钟。优选地，步骤(3)中的搅拌时间为5-10分钟。优选地，步骤(4)中的搅拌时间为1-5分钟，进一步优选为1分钟。。优选地，步骤(5)中的干燥温度为140-150℃，干燥时间为10-12h。优选地，步骤(1)～步骤(4)是在常温下进行的。优选地，所述Zn(NO3)2·6H2O、2-甲基咪唑、二乙醇胺、甲醇的摩尔比为1：(0.95-1.05)：(1.4-1.6)：(450-550)。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点及效果：(1)本专利技术的方法可以仅通过1min即可合成ZIF-8材料，且该材料拥有丰富的孔道结构，结构稳定，有高的比表面积，因此在大分子的吸附和催化方面也有较好的应用前景。(2)相对已报道的产率，本专利技术的方法具有较高的产率。(3)本专利技术仅通过加入模板剂，即可在常温下快速合成多级孔ZIF-8材料，操作简单，条件温和，避免了加热、超声等步骤，节约能源。附图说明图1为采用传统水热法合成的ZIF-8材料和实施例1制备的多级孔ZIF-8材料的X射线衍射图。图2为实施例1制备的多级孔ZIF-8材料的N2吸附-脱附等温线图。图3为实施例1制备的多级孔ZIF-8材料根据DFT模型计算的全孔孔径分布曲线图。图4为本专利技术实施例1制备的多级孔ZIF-8材料的扫描电镜照片。图5为本专利技术实施例1制备的多级孔ZIF-8材料的透射电镜照片。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的描述，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。实施例1常温下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速合成多级孔ZIF‑8材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将Zn(NO

【技术特征摘要】
1.一种快速合成多级孔ZIF-8材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将Zn(NO3)2·6H2O溶于甲醇中，搅拌，得Zn(NO3)2·6H2O甲醇溶液；（2）将2-甲基咪唑溶于甲醇中，搅拌，得2-甲基咪唑甲醇溶液；（3）将Zn(NO3)2·6H2O甲醇溶液和2-甲基咪唑甲醇溶液混合，搅拌，得混合溶液；（4）将模板剂二乙醇胺加入混合溶液中，搅拌；（5）将步骤（4）所得的产物抽滤，放入真空干燥箱中干燥，制得多级孔ZIF-8材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）、步骤（2）所述搅拌的时间均为15-20分钟。3.根据权利要求1所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚红霞，段崇雄，李非儿，郑翔，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44