一种二维氮掺杂磁性离子液体类沸石咪唑酯纳米材料及其制备方法、用途技术

本发明专利技术公开了一种二维氮掺杂磁性离子液体类沸石咪唑酯纳米材料及其制备方法、用途，制备方法为：称取ZIF‑8置于超纯水中，超声分散均匀，加入溴代‑1‑己基‑3甲基咪唑和1‑己基‑3甲基咪唑四氯化铁盐，继续超声均匀，将上述混合溶液在N2保护和高速搅拌下加入FeSO4•7H2O,同时加入氨水搅拌，用磁铁收集黑色磁性微球，洗涤真空干燥后，研磨后获得MILZIF。本发明专利技术合成的多孔磁性核壳结构材料合成方法一步快捷，不需要同传统方法一样先构建磁核再在表面构建纳米材料粒子。通过ZIF‑8和IL的结合构建双咪唑基团，使得材料官能团更加丰富和多样化。制备的材料具有磁性和更大的比表面积，同时方便分离、回收利用。

【技术实现步骤摘要】
一种二维氮掺杂磁性离子液体类沸石咪唑酯纳米材料及其制备方法、用途
本专利技术属于纳米材料领域，具体涉及二维氮掺杂磁性离子液体类沸石咪唑酯纳米材料及其制备方法、用途。
技术介绍
类沸石咪唑酯骨架材料(Zeoliticimidazolateframeworks，ZIFs)是一类具有沸石骨架结构的金属有机骨架材料。与传统的沸石比较而言，过渡金属离子取代了传统沸石中的硅元素和铝元素，咪唑酯取代了传统沸石中的氧桥，通过咪唑环上的氮原子连接成一种新的类沸石结构材料。因此ZIF材料结合了金属有机骨架材料和传统沸石材料的双重优势，同时具有了MOFs材料高孔隙率和极大的比表面积，又有着沸石材料稳定性高的特点，使得该材料被应用于复杂基质样品中对痕量或超痕量有机污染物进行富集时具有较好的效能。离子液体是由特定的有机正离子和无机负离子组成的溶剂。通过调节阳离子和阴离子的化学结构，达到高化学稳定性和热稳定性，低粘度，可忽略的蒸汽压，以及溶解各种化合物的能力。由于这些性质，使得离子液体不同于传统溶剂，是一种“绿色溶剂”。这些特点使得离子液体的研究日趋活跃，由于离子液体具有其独特的理化性能，因此非常适合于用作分离提纯的溶剂。ZIFs材料是一种含有咪唑集团的纳米材料，我们将离子液体负载到ZIFs材料孔隙之中，一方面可以提高ZIFs的稳定性，另一方面通过离子液体的引入，与原本的ZIFs材料构成了一种双咪唑结构。同时离子液体也是一种氮掺杂剂，添加少量氮作为掺杂剂可以进一步提高碳质材料的性能。虽然氮掺杂的作用尚未完全了解，但已有多项研究表明，氮掺杂会影响材料的表面性质和活性。MILZIF与ZIF相比，虽然由于离子液体存在，孔隙率会低于ZIFs，但其吸附能力更加优越，这是由于IL和MOF的结合导致的氮/氧物种的存在，同时可以用H键的键合作用（MILZIF：H的供体，目标物：H的受体）来解释MILZIF的吸附能力更加优越，π-π键的相互作用也对吸附起到一定贡献。引入IL后的ZIFs材料具有较高的比表面积和氮含量，具有很好的应用前景。
技术实现思路
要解决的技术问题：由于传统的吸附与萃取方法耗费时间且操作复杂，本材料引入Fe3O4作为磁性来源，负载在ZIFs材料外，一方面使得ZIF材料具有磁性便于回收利用，另一方面磁性纳米粒子小颗粒增加了ZIFs材料的比表面积，使其具有更广泛的应用领域和前景。技术方案：针对上述的问题，本申请公开了一种二维氮掺杂磁性离子液体类沸石咪唑酯纳米材料及其制备方法、用途，所述的制备方法包括下述的步骤：准确称取ZIF-8置于超纯水中，超声使ZIF-8在超纯水中分散均匀后，加入溴代-1-己基-3甲基咪唑和1-己基-3甲基咪唑四氯化铁盐，继续超声至混合均匀，将上述混合溶液在N2保护和高速搅拌下加入FeSO4•7H2O,同时逐滴加入氨水，室温搅拌，用磁铁收集黑色磁性微球，然后用无水乙醇和去离子水交替洗涤，真空干燥后，研磨后获得MILZIF。优选的，所述的ZIF-8重量为0.3019-0.6025g。优选的，所述的溴代-1-己基-3甲基咪唑2.0350-4.0792g。优选的，所述的1-己基-3甲基咪唑四氯化铁盐2.2506-4.5161g。优选的，加入氨水的浓度为25%，体积为5mL。优选的，无水乙醇和去离子水交替洗涤次数为2-5次。本专利技术与现有技术相比，其有益效果为：1.合成方法的创新：引入磁流体作为磁性母版，水溶性咪唑离子液体提供微乳制备环境，以纳米孔洞有机骨架材料为内核，通过咪唑类离子液体，将磁性离子液体做为三价铁的来源负载到ZIF-8上后，引二价铁使得ZIF-8的表面负载离子液体的同时，生长出磁性Fe3O4。合成的多孔磁性核壳结构材料合成方法一步快捷，不需要同传统方法一样先构建磁核再在表面构建纳米材料粒子。2.通过ZIF-8和IL的结合构建双咪唑基团，使得材料官能团更加丰富和多样化。3.通过引入磁性离子液体，为Fe3O4的合成提供Fe3+离子，不需要额外引入三价铁，只需要引入二价铁离子即可生成Fe3O4，使得材料具有磁性和更大的比表面积，同时方便分离、回收利用。4.通过调节反应条件，反应物配比，可以调节生成的纳米粒子的磁性和比表面积大小，使得可以选择适合不同污染物吸附的最优条件。附图说明图1为ZIF-8的扫面电镜图，图中ZIF-8粒子为均匀的正八面体结构，表面结构光滑无明显颗粒，图2为MILZIF的扫面电镜图，图中看不到ZIF-8的正八面体结构，只能看到球状Fe3O4颗粒，通过对比可以看出在相同放大倍数下，MILZIF的比表面积明显增大，且表面Fe3O4颗粒均匀且丰富。图3为MILZIF的透射电镜图，材料颗粒均匀，无磁核出现但能看到Fe3O4的微球。图4为MILZIF的FTIR光谱，2852和2929cm-1为饱和C-H伸缩振动峰，1617和1570cm-1离子液体整个咪唑环伸缩振动峰，1126和1400cm-1处为咪唑环C-H的平面变形振动，证明IL成功负载于ZIF上，且MILZIF中存在氮掺杂构成C-N键（sp2和sp3）；568为Fe-O的伸缩振动峰，证明成功合成了Fe3O4。具体实施方式实施例1MILZIF磁性纳米粒子的一步制备方法准确称取0.3019gZIF-8置于50mL超纯水中，超声1小时使ZIF-8在超纯水中分散均匀后，加入2.0405g溴代-1-己基-3甲基咪唑和2.2511g1-己基-3甲基咪唑四氯化铁盐，继续超声2小时至混合均匀，将上述混合溶液转移至250mL四口烧瓶中，在N2保护和高速搅拌下加入0.8775gFeSO4•7H2O,同时逐滴加入5mL25%的氨水，室温搅拌3h,用磁铁收集黑色磁性微球，然后用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，105℃下真空干燥12h，研磨后获得0.7074gMILZIF。剩余离子液体通过旋转蒸发纯化回用。实施例2准确称取0.4027gZIF-8置于50mL超纯水中，超声1小时使ZIF-8在超纯水中分散均匀后，加入2.0350g溴代-1-己基-3甲基咪唑和2.2506g1-己基-3甲基咪唑四氯化铁盐，继续超声2小时至混合均匀，将上述混合溶液转移至250mL四口烧瓶中，在N2保护和高速搅拌下加入0.8750gFeSO4•7H2O,同时逐滴加入5mL25%的氨水，室温搅拌3h,用磁铁收集黑色磁性微球，然后用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，105℃下真空干燥12h，研磨后获得0.7486gMILZIF。剩余离子液体通过旋转蒸发纯化回用。剩余离子液体通过旋转蒸发纯化回用。实施例3准确称取0.6022gZIF-8置于100mL超纯水中，超声1小时使ZIF-8在超纯水中分散均匀后，加入4.0792g溴代-1-己基-3甲基咪唑和4.5071g1-己基-3甲基咪唑四氯化铁盐，继续超声2小时至混合均匀，将上述混合溶液转移至250mL四口烧瓶中，在N2保护和高速搅拌下加入1.7551gFeSO4•7H2O,同时逐滴加入10mL25%的氨水，室温搅拌3h,用磁铁收集黑色磁性微球，然后用无水乙醇和去离子水交替洗涤3次，105℃下真空干燥12h，研磨后获得1.4786gMILZIF。剩余离子液体通过旋转蒸发纯化回用。实施例4准确称取0.6025gZIF-8置于100mL超纯水中，超声1小时使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二维氮掺杂磁性离子液体类沸石咪唑酯纳米材料的制备方法，所述的制备方法包括下述的步骤：准确称取ZIF‑8置于超纯水中，超声使ZIF‑8在超纯水中分散均匀后，加入溴代‑1‑己基‑3甲基咪唑和1‑己基‑3甲基咪唑四氯化铁盐，继续超声至混合均匀，将上述混合溶液在N2保护和高速搅拌下加入FeSO4•7H2O, 同时逐滴加入氨水，室温搅拌，用磁铁收集黑色磁性微球，然后用无水乙醇和去离子水交替洗涤，真空干燥后，研磨后获得MILZIF。

【技术特征摘要】
1.一种二维氮掺杂磁性离子液体类沸石咪唑酯纳米材料的制备方法，所述的制备方法包括下述的步骤：准确称取ZIF-8置于超纯水中，超声使ZIF-8在超纯水中分散均匀后，加入溴代-1-己基-3甲基咪唑和1-己基-3甲基咪唑四氯化铁盐，继续超声至混合均匀，将上述混合溶液在N2保护和高速搅拌下加入FeSO4•7H2O,同时逐滴加入氨水，室温搅拌，用磁铁收集黑色磁性微球，然后用无水乙醇和去离子水交替洗涤，真空干燥后，研磨后获得MILZIF。2.根据权利要求1所述的一种二维氮掺杂磁性离子液体类沸石咪唑酯纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的ZIF-8重量为0.3019-0.6025g。3.根据权利要求1所述的一种二维氮掺杂磁性离子液体类沸石咪唑酯纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的溴代-1-己...

【专利技术属性】
技术研发人员：高仕谦，邵子纯，吴怡秋，严雨濛，张占恩，卢建，王俊霞，徐蕊，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32