一种磁性共价三嗪骨架材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种磁性共价三嗪骨架材料及其制备方法和应用，磁性共价三嗪骨架材料包括共价三嗪骨架和Fe3O4。本发明专利技术的磁性共价三嗪骨架材料具有磁性，方便回收利用，能够用于废水处理中，且能够作为催化剂用于抗生素的降解中。本发明专利技术的制备方法采用微波为热源，以Fe3O4作为微波吸收传递介质，使得对苯二腈能够迅速缩合，同时由于Fe3O4的存在，使得反应过程中粉末聚集，而不易产生粉末飞溢现象，使得反应更加完全。

A magnetic covalent triazine skeleton material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种磁性共价三嗪骨架材料及其制备方法和应用
本专利技术具体涉及一种磁性共价三嗪骨架材料及其制备方法和应用。
技术介绍
共价有机骨架(CovalentOrganicFrameworks，COFs)是一种新型的由轻元素(H、O、C、N、B)通过结合力强大的共价键(如C-C、C-N、C-O等)构成的高性能碳质高分子材料，由于共价键的存在，促使其在不同溶剂中具备较高的化学稳定性。共价三嗪骨架(CovalentTriazine-basedFrameworks，CTFs)是COFs的一类分支，是一种具有刚性疏水芳香族骨架和极性官能团的长链聚合物，通过以芳香族腈为原料，ZnCl2为催化剂，经三聚反应缩合而成，因其不需要有机溶剂，成本低、含氮量高等而备受关注。目前常用的CTF合成方法包括溶剂热合成法、离子热合成法、微波合成法等，传统的热合成方法所需条件较为苛刻，需要在高温高压(400-700℃)条件下反应较长时间(20-116h)，普通的实验条件难以满足要求。而微波合成技术因其操作简便、反应时间短及能量利用率高等优势被频繁应用于材料制备领域。但是，现有技术中的共价三嗪骨架材料的性能仍有待提高，且在应用过程中，存在共价三嗪骨架材料难以回收的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种磁性共价三嗪骨架材料及其制备方法和应用，该磁性共价三嗪骨架材料具有磁性，易于回收，且制备方法简单。为解决以上技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一方面提供一种磁性共价三嗪骨架材料，包括共价三嗪骨架和Fe3O4。本专利技术的所述的磁性共价三嗪骨架材料呈正四面体形态。本专利技术的所述的磁性共价三嗪骨架材料具有超顺磁性。根据一个优选实施方式，所述的磁性共价三嗪骨架材料的饱和磁化强度大于70emu·g-1。本专利技术的所述的磁性共价三嗪骨架材料具有孔隙，进一步地，所述的磁性共价三嗪骨架材料具有较大的孔径与较小的孔体积。根据一个优选实施方式，所述的磁性共价三嗪骨架材料的孔径为6～8nm，孔体积为0.02～0.04cm3·g-1。根据一个优选实施方式，所述的磁性共价三嗪骨架材料表面的碳原子质量百分比为46～56％，氮原子质量百分比为5.5～6.6％，氧原子质量百分比为28～36％，铁原子质量百分比为8.9～10.9％，锌原子质量百分比为1.2～1.4％。本专利技术中，所述的磁性共价三嗪骨架材料为粉末状。本专利技术另一方面提供一种所述的磁性共价三嗪骨架材料的制备方法，所述的磁性共价三嗪骨架材料由对苯二腈和Fe3O4在ZnCl2的作用下，在微波条件下反应制得。本专利技术采用Fe3O4作为微波吸收传递介质，与微波共同使用，能够保证反应温度以使反应进行；另外，通过调节不同微波输出功率，使得生成的磁性共价三嗪骨架材料的性质有所差异，从而可以适用于不同领域。优选地，所述的微波的输出功率为300～600W，从而能够促使反应充分进行，提高原料利用率。优选地，所述的对苯二腈和Fe3O4的投料摩尔比为1:0.5～1.2，进一步优选为1:1～1.2。在兼顾产率的同时，采用上述投料摩尔比可以使产物的性能更优。优选地，所述的对苯二腈和所述的ZnCl2的投料质量比为1:5～10。在兼顾产率的同时，采用上述质量比可以降低产物中锌盐的残留量。根据一个优选且具体实施方式，所述的制备方法的具体实施方式为：将所述的对苯二腈、所述的Fe3O4和所述的ZnCl2混合后，在300～600W的微波功率下反应30～90min，然后用盐酸浸泡后，在外加磁场条件下分离沉淀物，所述的沉淀物经洗涤、干燥得到所述的磁性共价三嗪骨架材料。本专利技术的第三个方面是提供所述的磁性共价三嗪骨架材料在废水处理中的应用。特别是所述的磁性共价三嗪骨架材料吸附废水中的亚甲基蓝、染料等有害物质。本专利技术的第三个方面是提供所述的磁性共价三嗪骨架材料在抗生素的降解中的应用，其中，在进行所述的抗生素的降解时，添加有所述的磁性共价三嗪骨架材料和氧化剂。其中，所述的磁性共价三嗪骨架材料作为催化剂。本专利技术中的原料可以市购获得，或者本专利技术中的Fe3O4采用水热法制备。水热法制备Fe3O4的具体方法为：称取6.74gFeCl3·6H2O置于125mL乙二醇中，搅拌30min得均相溶液，加入14.37g醋酸钠，继续搅拌30min混匀，将混合溶液转移至200mL高压反应釜中，在200℃下反应8h。冷却至室温后，用磁铁收集黑色磁性微球，用水和乙醇交替洗涤三次，于60℃下真空干燥6h，研磨备用。由于上述技术方案的实施，本专利技术与现有技术相比具有如下优点：本专利技术的磁性共价三嗪骨架材料具有磁性，方便回收利用，能够用于废水处理中，且能够作为催化剂用于抗生素的降解中。本专利技术的制备方法采用微波为热源，以Fe3O4作为微波吸收传递介质，使得对苯二腈能够迅速缩合，同时由于Fe3O4的存在，使得反应过程中粉末聚集，而不易产生粉末飞溢现象，使得反应更加完全。附图说明图1为实施例5制得的MCTF的SEM图(左)和TEM图(右)；图2为实施例5制得的MCTF和对苯二腈(DCB)的FTIR光谱图；图3为实施例5制得的MCTF的XRD图；图4为实施例5制得的MCTF的磁化曲线；图5为实施例5制得的MCTF的XPS图；图6为实施例5制得的MCTF的N2吸附-脱附等温线；图7为MCTF、DCB和Fe3O4对AO7的吸附率曲线；图8为不同体系下SMX的降解趋势；图9为不同实施例制得的MCTF催化PMS降解SMX的趋势。具体实施方式下面采用具体实施方式对本专利技术的技术方案进一步详细说明。下述Fe3O4购自麦克林I811693-500g；对苯二腈购自阿拉丁D111053；氯化锌购自麦克林Z820755。下述实施例采用的微波设备为上海新仪微波化学有限公司(Uwave-2000)。实施例1称取2g对苯二腈与2gFe3O4，混合均匀后迅速加入16gZnCl2，混合均匀后将粉末转移入石英坩埚，在500W功率下反应60min，得到黑色产物，将其用0.1mol·L-1HCl浸泡以去除残余物，同时防止ZnCl2水解，浸泡完成后在外加磁场条件下分离沉淀物，再用水和无水乙醇交替洗三次，60℃下真空干燥6h，取出、研磨得到0.85gMCTF粉末。实施例2称取2g对苯二腈与4gFe3O4，混合均匀后迅速加入16gZnCl2，混合均匀后将粉末转移入石英坩埚，在300W功率下反应60min，得到黑色产物，将其用0.1mol·L-1HCl浸泡以去除残余物，同时防止ZnCl2水解，浸泡完成后在外加磁场条件下分离沉淀物，再用水和无水乙醇交替洗三次，60℃下真空干燥6h，取出、研磨得到2.93gMCTF粉末。实施例3称取2g对苯二腈与4gFe3O4，混合均匀后迅速加入16gZnCl2，混合均匀后将粉末转移入石英坩埚，在400W功率下反应60min，得到黑色产物，将其用0.1mol·L-1HCl浸泡以去除残余物，同时防止ZnCl2水解，浸泡完成后在外加磁场条件下分离沉淀物，再用水和无水乙醇交替洗三次，60℃下真空干燥6h，取出、研磨得到2.68gMCTF粉末。实施例4称取2g对苯二腈与4gFe3O4，混合均匀后迅速加入16gZnCl2，混合均匀后将粉末转移入石英坩埚，在500W功率下反应60min，得到黑色产物，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁性共价三嗪骨架材料，其特征在于：包括共价三嗪骨架和Fe3O4。

【技术特征摘要】
1.一种磁性共价三嗪骨架材料，其特征在于：包括共价三嗪骨架和Fe3O4。2.根据权利要求1所述的磁性共价三嗪骨架材料，其特征在于：所述的磁性共价三嗪骨架材料呈正四面体形态。3.根据权利要求1所述的磁性共价三嗪骨架材料，其特征在于：所述的磁性共价三嗪骨架材料具有超顺磁性，所述的磁性共价三嗪骨架材料具有孔隙。4.一种如权利要求1至3中任一项所述的磁性共价三嗪骨架材料的制备方法，其特征在于：所述的磁性共价三嗪骨架材料由对苯二腈和Fe3O4在ZnCl2的作用下，在微波条件下反应制得。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的微波的输出功率为300~600W。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述的对苯二腈和Fe3O4的投料摩尔比...

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