一种铝基MOFs/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种铝基MOFs/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散于低沸点有机溶剂中，分散均匀后得到氧化石墨烯分散液；(2)将可溶性铝盐与有机配体溶解于氧化石墨烯分散液中，溶解完全后得到反应基体溶液；(3)将反应基体溶液升温后在高压条件下恒温反应一定时间，得到初产物；(4)将初产物过滤，洗涤，活化，即得纯化后的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料。本发明专利技术的制备方法简单易操作、经济环保，缩短了反应时间，减少了有机溶剂使用量，并且获得了晶型和性能更佳的复合材料。同时，该复合材料吸附空气中的甲苯效果显著，在空气污染治理方面具有很好的应用前景。

Aluminum based MOFs/ graphene oxide composite material, preparation method and application thereof

The invention discloses an aluminum based MOFs/ graphene oxide composite material and preparation method and application thereof, which comprises the following steps: (1) the graphene oxide dispersed in organic solvent with low boiling point, uniform dispersion is obtained after the graphene oxide dispersion; (2) the soluble aluminum salt and organic ligand dissolved in oxidation graphene dispersions, dissolved completely obtained after reaction matrix solution; (3) the reaction matrix solution after heating under a high pressure constant temperature reaction time is made; (4) the primary products of filtration, washing, activation, which was purified aluminum based metal organic frameworks / graphene oxide composite material. The preparation method of the invention is simple, easy to operate, economical and environmental friendly, shortens the reaction time, reduces the use of organic solvents, and obtains a composite with better crystalline form and better performance. At the same time, the composite has good effect on adsorbing toluene in air, and has a good application prospect in air pollution control.

【技术实现步骤摘要】
一种铝基MOFs/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于材料科学与工程领域，特别涉及一种铝基MOFs/氧化石墨烯复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，城市化水平的不断提高，人们的生活方式正在发生急剧性的变化，人们对室内装修的要求也越来越高，各种室内装饰材料被大量使用，造成了严重的室内空气污染。就我国目前而言，引起室内空气污染最主要原因是由于不良装修，即在装修过程中使用含有大量有害物质如甲醛、苯系物、氨等一些装饰材料，使得室内空气污染问题日益突出。严重的室内空气污染给人们的身体健康带来巨大的威胁，影响了人们正常的工作和学习。因此，降低或消除室内空气污染具有十分重要的意义金属有机骨架材料(Metal-OrganicFrameworks，MOFs)代表了一类杂合的有机/无机超分子材料，是通过有机桥联配体和无机的金属离子的配位构成的有序网络结构。MOFs材料具有超高的比表面积，较低的晶体密度以及孔尺寸和功能可调性等优点，在吸附分离等领域展现出很好的潜在应用前景。但是由于MOFs材料原子密度低，不能提供足够的色散力去捕获小分子物质，因此常常和碳基材料进行复合，克服或者削弱这种不足，从而提高MOFs类材料的吸附性能。石墨烯是近年来发现的碳基新材料，具备很多优异性能，如较高的机械强度，热稳定性及电子迁移率等；此外，石墨烯还具有规整的二维结构，这使其可作为制备复合材料的理想载体。氧化石墨烯(grapheneoxide，GO)是石墨烯的重要衍生物，GO单片上含有大量的环氧基和羟基，而在单片边缘含有羧基，这些特点赋予了其良好的复合能力。这些石墨烯基材料与有机或无机材料复合制得的材料既拥有石墨烯本身的优异性能，又兼具有机或无机材料的自身特性，为特定功能材料的制备开辟了新途径。目前制备金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的方法几乎以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为反应溶剂，反应结束后，DMF分子会残留在材料的孔道内部或者表面，并且DMF沸点高于150℃，常规加热(≈100℃)挥发纯化不能去除DMF分子，因此需要多次使用溶剂进行清洗，才能得到纯化的材料，同时，有机溶剂使用量大且易造成环境污染。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供通过所述制备方法得到的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料。本专利技术的又一目的在于提供所述的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散于低沸点有机溶剂中，使之分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；(2)将可溶性铝盐与有机配体溶解于步骤(1)所得的氧化石墨烯分散液中，溶解完全后得到反应基体溶液；(3)将步骤(2)所得的反应基体溶液升温后在高压条件下恒温反应一定时间，得到铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料初产物；(4)将步骤(3)得到的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料初产物过滤，洗涤，活化，即得纯化后的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料。步骤(1)所述的氧化石墨烯的形态优选为粉末。步骤(1)中所述的分散的步骤优选通过超声进行分散。步骤(1)中所述的低沸点有机溶剂的沸点为低于100℃；优选为低沸点醇类有机溶剂；进一步优选为甲醇、乙醇、丙醇和异丙醇中的一种或至少两种。步骤(1)中所述的氧化石墨烯在所述的低沸点有机溶剂的浓度优选为0.05mg/mL～0.2mg/mL。步骤(2)中所述的可溶性铝盐优选为硝酸铝和氯化铝中的一种或两种。步骤(2)中所述的有机配体优选为对苯二甲酸。步骤(2)中所述的可溶性铝盐和有机配体的配比优选摩尔比为(2～6)：1。步骤(2)中所述的可溶性铝盐在氧化石墨烯分散液中的浓度优选为0.17～0.27g/mL。步骤(3)中所述的铝基金属有机骨架优选为MIL-68(Al)。步骤(3)中所述的高压条件优选为1.6～10MPa；优选通过反应釜实现。步骤(3)中所述的升温优选通过梯度升温实现；所述的梯度升温的条件优选为：以15～20℃/h的升温速度将反应基体溶液的温度升至130～150℃。步骤(3)中所述的恒温反应一定时间优选为8～12h。步骤(4)中所述的洗涤优选为在水中清洗1次或至少2次；进一步优选为1～3次；所述的清洗的时间优选为每次至少30min；进一步优选为1～3h；所述的水优选为去离子水或超纯水。步骤(4)中所述的活化的具体操作优选为在100～120℃条件下干燥10～12h。一种铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料，通过所述方法制备得到。所述的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料具有三层结构(或者称为包覆结构)，MIL-68(Al)晶体均匀生长在氧化石墨烯表面。所述的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料中氧化石墨烯上的含氧官能团与有机配体上的羧基发生了竞争配位。所述的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料中氧化石墨烯的含量优选为2％～10％(w/w)。所述的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备方法或所述的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料在吸附甲苯方面的应用。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术的铝基MOFs/氧化石墨烯复合材料制备方法，不仅提高了原料尤其是氧化石墨烯的利用率，同时，通过本专利技术制备得到的复合材料的结晶度也得到了显著优化，获得了性能更优的复合材料。(2)本专利技术在制备铝基MOFs/氧化石墨烯复合材料过程中采用金属反应釜高压反应，为来自于有机配体和氧化石墨烯上的含氧官能团同金属离子的配位提供了驱动力，缩短了反应时间，并且复合材料晶形更好，性能更优异。(3)本专利技术在制备复合材料过程中利用低沸点醇类有机溶剂代替常用有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，纯化步骤更易进行，并且醇类小分子溶剂更有利于传质，减少了反应有机溶剂的使用量，溶剂利用更充分，进一步优化了所得复合材料的结构及性能；本专利技术在洗涤过程中使用去离子水或超纯水代替有机溶剂，成本更低，更环保。(4)本专利技术涉及的金属机骨架材料/氧化石墨烯复合材料制备方法简单且可大批量合成，将其用于吸附去除空气中的甲苯效果显著。该材料为空气污染物甲苯的去除提供了一个高效、便捷的方法。附图说明图1是实施例1和3、实施例4～6及对比实施例1所制得的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的XRD衍射图。图2是实施例5及对比实施例3、4所制得的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的XRD衍射图。图3是实施例5和对比实施例4所制得的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的XPS全扫图。图4是实施例5制得的复合材料MIL-68(Al)/GO-5的SEM图。图5是实施例1、4和5制得的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料去除甲苯效果的结果分析图。图6是实施例5制备的复合材料和对比实施例2制得的MOF材料去除甲苯效果的结果分析图。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例中所用试剂如无特殊说明均可从市场常规购得；实施例中所用的氧化石墨烯粉末购自于上海阿拉丁生化科技股份有限公司(产品编号G139803)。实施例1制备铝基金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散于低沸点有机溶剂中，使之分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；(2)将可溶性铝盐与有机配体溶解于步骤(1)所得的氧化石墨烯分散液中，溶解完全后得到反应基体溶液；(3)将步骤(2)所得的反应基体溶液升温后在高压条件下恒温反应一定时间，得到铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料初产物；(4)将步骤(3)得到的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料初产物过滤，洗涤，活化，即得纯化后的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将氧化石墨烯分散于低沸点有机溶剂中，使之分散均匀，得到氧化石墨烯分散液；(2)将可溶性铝盐与有机配体溶解于步骤(1)所得的氧化石墨烯分散液中，溶解完全后得到反应基体溶液；(3)将步骤(2)所得的反应基体溶液升温后在高压条件下恒温反应一定时间，得到铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料初产物；(4)将步骤(3)得到的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料初产物过滤，洗涤，活化，即得纯化后的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的低沸点有机溶剂为低沸点醇类有机溶剂。3.根据权利要求1所述的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的氧化石墨烯在所述的低沸点有机溶剂的浓度为0.05mg/mL～0.2mg/mL。4.根据权利要求1所述的铝基金属有机骨架/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴隐，武士川，程建华，
申请(专利权)人：广州星帮尼环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44