介孔Zn-ZIF材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种介孔Zn‑ZIF材料的制备方法及其应用。以醋酸锌、2‑甲基咪唑、聚乙烯吡咯烷酮、甲醇为主要原料，采用溶剂合成的方法制备出所述的介孔Zn‑ZIF材料。用二氧化碳气体对介孔Zn‑ZIF性能进行测试，通过在在常温下测试其吸附二氧化碳性能，实验表明，吸附率最低在70％以上，最高的在120％以上。该制备方法具有制备过程简单，反应条件易控制等优点。不但在合成技术方面简单易操作化，并且由于其吸附试验是在常温下进行，其实际应用性强。该介孔Zn‑ZIF材料属于有机金属介孔材料，常温下吸附二氧化碳能力强，这使得该材料不仅在环境保护和温室效应控制方面具有很好的应用前景，而且在重金属吸附方面拥有广阔的开发空间。

Preparation and Application of Mesoporous Zn-ZIF Materials

The invention provides a preparation method and application of mesoporous Zn ZIF material. The mesoporous Zn ZIF material was prepared by solvent synthesis using zinc acetate, 2 methylimidazole, polyvinylpyrrolidone and methanol as main raw materials. The performance of mesoporous zinc ZIF was tested with carbon dioxide gas. The adsorption rate of mesoporous zinc ZIF was tested at room temperature. The results showed that the adsorption rate was above 70% at the lowest level and above 120% at the highest level. The preparation method has the advantages of simple preparation process and easy control of reaction conditions. It is not only simple and easy to operate in synthetic technology, but also has strong practical applicability because its adsorption test is carried out at room temperature. The mesoporous Zn ZIF material belongs to the organic metal mesoporous material, which has a strong ability to absorb carbon dioxide at room temperature. This makes the material not only have a good application prospect in environmental protection and greenhouse effect control, but also have a broad development space in heavy metal adsorption.

【技术实现步骤摘要】
介孔Zn-ZIF材料的制备方法及其应用
本专利技术涉及光催化材料制备
，具体涉及介孔Zn-ZIF材料的制备方法及其应用。
技术介绍
大气是人类环境不可或缺的物质，也是一切生命的保障。自十八世纪六十年代的工业革命以来，人类通过燃烧大量化石燃料来获取能源，在此过程中向大气中排放的二氧化碳等气体的量日益增加，所引发的温室效应导致地球表面温度增幅加快，温室效应会引起海平面升高、土地沙漠化等极端气候变化。2013年5月，绝大多数的世界环保组织宣布二氧化碳的浓度已经达到400ppm的临界水平。这迫使所有国家必须采取强制措施来减少二氧化碳的排放。在减排的同时，对空气中的过量二氧化碳进行捕集同样是降低温室效应的有效措施。目前二氧化碳分离方法主要有溶剂吸收法、吸附法、膜分离法以及这些方法的组合。主要用于吸附二氧化碳的溶剂包括：缩硫醇作氧化控制剂的烷醇胺，含烷基哌嗪的甲基二乙醇胺、二烃基碳酸酯、聚乙二醇二甲醚、单-硅烷基-烷基胺、正丙醇、吗啉衍生物等。化学吸收溶剂对气体有较好的的吸收效果，但难以推广，因为溶剂再生时需要加热，能耗大，而且还存在污染空气、易氧化降解、设备腐蚀性严重等缺点。用于气体分离的膜大多为乙酸纤维、聚砜、聚酰胺等，膜本身或膜组件的其他材料耐热性差，其上限温度仅为150℃。研究低成本原材料，制备高性能二氧化碳吸附材料，如：硅石、碳素和沸石等，既能够降低成本，又可以满足实际条件使用，并且还能够重复使用。在多种二氧化碳的捕集方法中，吸附法具有成本低廉、操作流程简易、以及能源利用效率高等优点，被认为是未来可于工业碳捕集的最优方法。吸附法具有运行成本低，可靠性强等有点，受到大家的青睐，并广泛应用在各种用途中。吸附法又分为变温吸附法、变压吸附法和真空吸附法。但传统这些方法能耗高、操作复杂，大大限制了他们的实际应用。金属有机骨架材料(MOFs)是金属离子与有机配体相互络合形成的一种多孔材料，其骨架结构规整、孔道均一且具有极大比表面积，目前在气体储存与分离、催化等领域具有广阔应用前景。其中，沸石咪唑骨架材料(ZIFs)是一类新型MOFs材料，ZIFs材料与分子筛材料一样具有规则的多孔结构，并且ZIFs材料的孔径可通过合成过程进行预测和调控，这种广泛且可调控的孔径范围使得ZIFs材料在气体吸附、分离领域具有很好的前景和应用价值。参考文献：Tsai,Chih-Wei&Niemantsverdriet,Hans&H.G.Langner,Ernie.(2017).EnhancedCO2adsorptioninnano-ZIF-8modifiedbysolventassistedligandexchange.MicroporousandMesoporousMaterials.262.10.1016/j.micromeso.2017.11.024.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种介孔Zn-ZIF材料的制备方法及其应用。本专利技术采用以下技术方案。一种介孔Zn-ZIF材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将二水醋酸锌和聚乙烯吡咯烷酮加入到甲醇溶液中，混合均匀；(2)将2-甲基咪唑溶解到甲醇溶液中；(3)将以上步骤(1)和(2)得到的两种溶液混合，在50～90℃条件下搅拌一段时间，然后分离出固态物质，洗涤并干燥，得到Zn-ZIF材料；(4)将Zn-ZIF材料置于管式炉中，在惰性气体保护下，温度范围500～900℃，在管式炉中焙烧5～12小时，即得到介孔Zn-ZIF材料。优选的，分析级甲醇。优选的，二水醋酸锌与2-甲基咪唑的物质的量比为1:1、1:2、1:4、1:6。优选的，步骤(3)中，搅拌时间为24小时。优选的，步骤(4)中，升温速度为5℃/min。上述介孔Zn-ZIF材料是一种新型的金属-有机框架吸附材料，它形貌多孔，比表面积大，粒径大小固定且均以稳定，能够应用于吸附气体中的二氧化碳。与传统的吸附材料相比，介孔Zn-ZIF材料具有高灵敏的二氧化碳吸附效率，并且在常温条件下表现出很强的吸附能力。介孔Zn-ZIF材料绝对零度二氧化碳吸附效率为96％(最高达到120％以上)，对比参考文献报道ZIF绝对零度二氧化碳吸附效率为30％左右的性能，介孔Zn-ZIF材料的吸附性能翻了好几倍。本专利技术通过简单常温下溶剂反应一步合成出了介孔Zn-ZIF材料，方法简单易行，在普通实验室就可完成。本专利技术制备出来的介孔Zn-ZIF材料，室温下二氧化碳吸附效率大大提高，是最新文献报道的2～3倍。附图说明图1为不同介孔Zn-ZIF材料在20℃下的二氧化碳吸附曲线图。图2为用扫描电镜(SEM)测试Zn-ZIF材料的形貌图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1Zn-ZIF材料的制备：(1)称取0.2188g二水醋酸锌和0.6g聚乙烯吡咯烷酮加入到40ml分析纯甲醇液中，然后超声并磁力搅拌混合；(2)称取1.63g2-甲基咪唑溶解到40ml分析纯甲醇夜中；(3)将以上两溶液混合，70℃恒温并磁力搅拌过夜，离心洗涤并60℃真空干燥得到Zn-ZIF材料；介孔Zn-ZIF材料的制备：(4)将步骤(3)中制备的Zn-ZIF材料置于管式炉中，氩气保护，以5℃/min的升温速率升温至800℃，在管式炉中焙烧5-12小时，即制备了介孔Zn-ZIF材料。从图1以及二氧化碳吸附效率实验数据，得出本实施例的介孔Zn-ZIF材料的二氧化碳吸附效率为百分之七十二左右。实施例2Zn-ZIF材料的制备：(1)称取0.4375g二水醋酸锌和0.6g聚乙烯吡咯烷酮加入到40ml甲醇溶液中，然后超声并磁力搅拌混合；(2)称取1.63g2-甲基咪唑溶解到40ml甲醇溶液中；(3)将以上两溶液混合，70℃恒温并磁力搅拌过夜，离心洗涤并60℃真空干燥得到Zn-ZIF材料；介孔Zn-ZIF材料的制备：(4)将步骤(3)中制备的Zn-ZIF材料置于管式炉中，氩气保护，以5℃/min的升温速率升温至800℃，在管式炉中焙烧10小时，即制备了介孔Zn-ZIF材料。从图1以及二氧化碳吸附效率实验数据，得出本实施例的介孔Zn-ZIF材料的二氧化碳吸附效率为百分之八十六左右。实施例3Zn-ZIF材料的制备：(1)称取0.875g二水醋酸锌和0.6g聚乙烯吡咯烷酮加入到40ml甲醇溶液中，然后超声并磁力搅拌混合；(2)称取1.63g2-甲基咪唑溶解到40ml甲醇溶液中；(3)将以上两溶液混合，70℃恒温并磁力搅拌过夜，离心洗涤并60℃真空干燥得到Zn-ZIF材料；介孔Zn-ZIF材料的制备：(4)将步骤(3)中制备的Zn-ZIF材料置于管式炉中，氩气保护，以5℃/min的升温速率升温至800℃，在管式炉中焙烧10小时，即制备了介孔Zn-ZIF材料。从图1以及二氧化碳吸附效率实验数据，得出本实施例的介孔Zn-ZIF材料的二氧化碳吸附效率为百分之一百三十四左右。实施例4Zn-ZIF材料的制备：(1)称取1.75g二水醋酸锌和0.6g聚乙烯吡咯烷酮加入到40ml甲醇溶液中，然后超声并磁力搅拌混合；(2)称取1.63g2-甲基咪唑溶解到40ml甲醇溶液中；(3)将以上两溶液混合，70℃恒温并磁力搅拌过夜，离心洗涤并60℃真空干燥得到Zn-ZIF材料；介孔Zn-ZIF材料的制备：(4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介孔Zn‑ZIF材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将二水醋酸锌和聚乙烯吡咯烷酮加入到甲醇溶液中，混合均匀；(2)将2‑甲基咪唑溶解到甲醇溶液中；(3)将以上步骤(1)和(2)得到的两种溶液混合，在50～90℃条件下搅拌一段时间，然后分离出固态物质，洗涤并干燥，得到Zn‑ZIF材料；(4)将Zn‑ZIF材料置于管式炉中，在惰性气体保护下，温度范围500～900℃，在管式炉中焙烧5～12小时，即得到介孔Zn‑ZIF材料。

【技术特征摘要】
1.一种介孔Zn-ZIF材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将二水醋酸锌和聚乙烯吡咯烷酮加入到甲醇溶液中，混合均匀；(2)将2-甲基咪唑溶解到甲醇溶液中；(3)将以上步骤(1)和(2)得到的两种溶液混合，在50～90℃条件下搅拌一段时间，然后分离出固态物质，洗涤并干燥，得到Zn-ZIF材料；(4)将Zn-ZIF材料置于管式炉中，在惰性气体保护下，温度范围500～900℃，在管式炉中焙烧5～12小时，即得到介孔Zn-ZIF材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分析级别纯甲醇。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宇，曾德栋，凌云，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36