一种智能双功能核壳纳米花复合材料及制备方法和应用技术

一种智能双功能核壳纳米花复合材料及制备方法和应用，它涉及一种纳米花状复合材料及制备方法和应用。本发明专利技术的目的是要解决现有材料只能对重金属进行单独的吸附或者检测，无法满足环境监测要求和对重金属的吸附量低的问题。智能双功能核壳纳米花复合材料由NH2‑MIL‑101(Al)、聚乙烯吡咯烷酮、六水合硝酸锌、2‑甲基咪唑和甲醇制备而成。方法：一、合成NH2‑MIL‑101(Al)；二、混合反应，得到智能双功能ZIF‑8@NH2‑MIL‑101(Al)核壳纳米花复合材料。该复合材料对Cu

【技术实现步骤摘要】
一种智能双功能核壳纳米花复合材料及制备方法和应用
本专利技术涉及一种纳米花状复合材料及制备方法和应用。
技术介绍
铜是一种广泛存在于水环境中的过渡金属，但由于其显著的毒性效应以及近年大量的农业、工业排放，对环境和生态系统造成了不同程度的危害。铜污染多是人为因素，污染源排放直接污染土壤和水体，过量铜排入水体会导致水生态不平衡，破坏水体自净能力，使水体有异味、染色并降低其透明度，水生生物受到铜污染毒害，并能够富集高浓度铜，通过生物放大过程进入食物链，人过量食用被铜污染的农产品和水产品后，会引起一系列病变，急性铜中毒可引起胃肠道粘膜刺激症状，恶心、呕吐、腹泻，甚至溶血性贫血，肝功能衰竭，休克、昏迷或死亡。慢性摄入铜过高，可引起儿童肝硬化也可能造成环境的二次污染，因此高灵敏检测和高效去除铜离子污染物是非常必要的。近年来，大量的重金属离子去除方法已经建立，包括吸附、共沉淀、膜过滤、离子交换及电絮凝等，但是大多数方法都存在不同程度的缺点或不足，如：成本高、污染大、难操作等。相比之下，吸附法具有成本高效、环境友好等特点。在重金属离子检测方面，电化学、比色法、荧光检测法、生物传感器等技术已经被大量使用。而荧光检测法凭借其高灵敏度、低检测线等优势受到广大科研工作者的青睐。到目前为止，各类材料已经被用于重金属检测、去除中，如：石墨烯基础的材料、多功能金属氧化物、磁性纳米颗粒及有机聚合物，但多数材料具有吸附效率低、吸附量小，吸附量为10mg/g～380mg/g，装载力小、灵敏度低、选择性差等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有材料只能对重金属进行单独的吸附或者检测，无法满足环境监测要求和对重金属的吸附量低的问题，而提供一种智能双功能核壳纳米花复合材料及制备方法和应用。一种智能双功能核壳纳米花复合材料由NH2-MIL-101(Al)、聚乙烯吡咯烷酮、六水合硝酸锌、2-甲基咪唑和甲醇制备而成；NH2-MIL-101(Al)为内核，聚乙烯吡咯烷酮为结构导向剂，六水硝酸锌为金属盐配体，2-甲基咪唑为有机配体，甲醇为溶剂。进一步的所述的NH2-MIL-101(Al)、聚乙烯吡咯烷酮、金属盐配体与2-甲基咪唑的质量比为1:4:80:100。进一步的所述的NH2-MIL-101(Al)是直径为500nm～600nm的类球状物。进一步的所述的智能双功能ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料中NH2-MIL-101(Al)为内核，内核外包裹一层聚乙烯吡咯烷酮结构导向剂，聚乙烯吡咯烷酮结构导向剂外连接不规则的ZIF-8纳米片；所述的智能双功能ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料的尺寸为1μm～1.2μm。一种智能双功能核壳纳米花复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：一、合成NH2-MIL-101(Al)：将六水三氯化铝和2-氨基对苯二甲酸溶解到有机溶剂中，得到混合液；将混合液装入反应釜中，再将反应釜放入温度为120℃～140℃下72h～78h，得到NH2-MIL-101(Al)；步骤一中所述的六水三氯化铝的物质的量与有机溶剂的体积比为(0.001mol～0.003mol):30mL；步骤一中所述的2-氨基对苯二甲酸的物质的量与有机溶剂的体积比为(0.003mol～0.004mol):30mL；二、将NH2-MIL-101(Al)和聚乙烯吡咯烷酮加入到甲醇中，再在搅拌速度为200r/min～250r/min下搅拌反应10h～14h，再加入六水硝酸锌，再在搅拌速度为200r/min～250r/min下搅拌反应10h～14h，再加入2-甲基咪唑，再在搅拌速度为200r/min～250r/min下搅拌反应40min～50min，得到反应物；将反应物进行离心，得到白色沉淀；使用甲醇对白色沉淀清洗3次～5次，再在温度为55℃～65℃的真空干燥箱中干燥12h～24h，得到智能双功能ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料；步骤二中所述的NH2-MIL-101(Al)的质量与甲醇的体积比为5mg:(20mL～30mL)；步骤二中所述的聚乙烯吡咯烷酮的质量与甲醇的体积比为20mg:(20mL～30mL)；步骤二中所述的六水硝酸锌的质量与甲醇的体积比为0.4g:(20mL～30mL)；步骤二中所述的2-甲基咪唑的质量与甲醇的体积比为0.5g:(20mL～30mL)。步骤一中所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。智能双功能ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料用于移除水中重金属离子。所述的重金属离子为Cu2+，添加0.01g/L～0.5g/L的智能双功能ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料移除水中Cu2+，移除时间为3h～4h，对Cu2+的吸附量为500mg/g～550mg/g。智能双功能ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料用于检测水中重金属离子，对水中重金属离子的最低检测限可达到0.17μmol/L，检测线性范围为1.5μmol/L～625μmol/L。所述的重金属离子为Cu2+，添加0.003g/L～0.005g/L的智能双功能ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料检测水中Cu2+，检测时间为10s～15s。本专利技术的原理及优点：一、本专利技术将ZIF-8和NH2-MIL-101(Al)复合起来，使制备的智能双功能核壳纳米花复合材料达到吸附和检测于一体；二、本专利技术操作方法简单，制备过程环境友好，不需要特殊设备和严酷反应条件，无二次污染，适合工业化生产；三、本专利技术制备的智能双功能核壳纳米花复合材料具有大的比表面积、丰富的金属键合位点，对Cu2+具有优异的吸附能力，吸附量可达到500mg/g～550mg/g；四、本专利技术制备的智能双功能核壳纳米花复合材料具有极强的荧光性能，对Cu2+具有高选择、高灵敏的检测性能，最低检测限达到0.17μmol/L，检测线性范围为1.5μmol/L～625μmol/L；五、本专利技术制备的智能双功能核壳纳米花复合材料使用的试剂均为常见分析级化学试剂，价格低廉，方便易得，适用于工业化生产和实际应用。本专利技术可获得一种智能双功能核壳纳米花复合材料。附图说明图1为实施例一步骤一制备的NH2-MIL-101(Al)的低倍SEM图；图2为实施例一步骤一制备的NH2-MIL-101(Al)的高倍SEM图；图3为实施例一步骤二制备的ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料的低倍SEM图；图4为实施例一步骤二制备的ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料的高倍SEM图；图5为XRD图，图中1为实施例一步骤一制备的NH2-MIL-101(Al)的XRD曲线，2为ZIF-8的XRD曲线，3为实施例一步骤二制备的ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料的XRD曲线；“◆”表示ZIF-8的晶面特征峰，“■”表示NH2-MIL-101(Al)的晶面特征峰；图6为利用实施例一制备的智能双功能ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料吸附不同浓度的Cu2+溶液时吸附量随吸附时间的变化曲线，图中曲线1中Cu2+溶液的浓度为10mg本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能双功能核壳纳米花复合材料，其特征在于一种智能双功能核壳纳米花复合材料由NH2‑MIL‑101(Al)、聚乙烯吡咯烷酮、六水合硝酸锌、2‑甲基咪唑和甲醇制备而成；NH2‑MIL‑101(Al)为内核，聚乙烯吡咯烷酮为结构导向剂，六水硝酸锌为金属盐配体，2‑甲基咪唑为有机配体，甲醇为溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种智能双功能核壳纳米花复合材料，其特征在于一种智能双功能核壳纳米花复合材料由NH2-MIL-101(Al)、聚乙烯吡咯烷酮、六水合硝酸锌、2-甲基咪唑和甲醇制备而成；NH2-MIL-101(Al)为内核，聚乙烯吡咯烷酮为结构导向剂，六水硝酸锌为金属盐配体，2-甲基咪唑为有机配体，甲醇为溶剂。2.根据权利要求1所述的一种智能双功能核壳纳米花复合材料，其特征在于所述的NH2-MIL-101(Al)、聚乙烯吡咯烷酮、金属盐配体与2-甲基咪唑的质量比为1:4:80:100。3.根据权利要求1所述的一种智能双功能核壳纳米花复合材料，其特征在于所述的NH2-MIL-101(Al)是直径为500nm～700nm的类球状物。4.根据权利要求1所述的一种智能双功能核壳纳米花复合材料，其特征在于所述的智能双功能ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料中NH2-MIL-101(Al)为内核，内核外包裹一层聚乙烯吡咯烷酮结构导向剂，聚乙烯吡咯烷酮结构导向剂外连接不规则的ZIF-8纳米片；所述的智能双功能ZIF-8@NH2-MIL-101(Al)核壳纳米花复合材料的尺寸为1μm～1.2μm。5.如权利要求1所述的一种智能双功能核壳纳米花复合材料的制备方法，其特征在于一种智能双功能核壳纳米花复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：一、合成NH2-MIL-101(Al)：将六水三氯化铝和2-氨基对苯二甲酸溶解到有机溶剂中，得到混合液；将混合液装入反应釜中，再将反应釜放入温度为120℃～140℃下72h～78h，得到NH2-MIL-101(Al)；步骤一中所述的六水三氯化铝的物质的量与有机溶剂的体积比为(0.001mol～0.003mol):30mL；步骤一中所述的2-氨基对苯二甲酸的物质的量与有机溶剂的体积比为(0.003mol～0.004mol):30mL；二、将NH2-MIL-101(Al)和聚乙烯吡咯烷酮加入到甲醇中，再在搅拌速度为200r/min～250r/min下搅拌反应10h～14h，再加入六水硝酸锌，再在搅拌速度为200r/min～250r/min下搅拌反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建龙，张亮，王靖，张道宏，任新艺，张文涛，杨庆锋，杨程元，张天树，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61