一种沸石咪唑类金属有机框架材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF‑F，它是由下述方法制备的：1）二水合醋酸锌溶于水中，得锌源溶液；2）2‑甲基咪唑溶于水中，得2‑甲基咪唑溶液；3）在搅拌下，将2‑甲基咪唑溶液加入至锌源溶液中，室温下持续搅拌20~30h；8000~15000rpm离心8~12min，弃上清液，洗涤，在70~80℃下干燥10~15h，得沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF‑F；本发明专利技术制备过程以水为溶剂，不涉及酸碱溶液的使用；制备的材料原料廉价易得，合成工艺简单，反应条件温和，产率高，重复性好等特点；呈现蝴蝶状且分散均匀，孔径平均4 nm，热稳定性、溶剂稳定性良好。

A Zeolite Imidazole Metal Organic Frame Material and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种沸石咪唑类金属有机框架材料及其制备方法和应用
本专利技术属于新材料
,具体涉及一种沸石咪唑类金属有机框架材料及其制备方法及应用。
技术介绍
金属-有机骨架（Metal-organicframeworks,MOFs）是一类将有机配体和金属离子通过自组装形成的具有三维重复网络结构的新型多孔材料。与传统的无机多孔材料相比，MOFs材料具有较大的比表面积，结构多样性，可调节的孔径以及可变的功能基团，已有MOFs材料已经应用于氢气存储、药物运载、催化反应、生物传感器、气体吸附与分离等方面。其中，具有硅铝分子筛结构的沸石咪唑框架材料（Zeoliticimidazolateframeworks，ZIFs）因性质稳定，比表面积大，合成简易等特点成为“明星MOFs”，引起研究者的广泛关注，如其在气体吸附及分离方面有着突出的表现。现有常用ZIFs，如ZIF-8、ZIF-7、ZIF-90等存在比表面积小或分散性差或孔径小的缺陷。因此，开发合成具有优异性能的ZIFs材料，丰富MOFs材料的种类具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术目的是为解决现有ZIFs材料比表面积小、分散性差或孔径小的问题，而提供一种沸石咪唑类金属有机框架材料及其制备方法。一种沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF-F，它是由下述方法制备的：1）二水合醋酸锌溶于水中，得锌源溶液；2）2-甲基咪唑溶于水中，得2-甲基咪唑溶液；3）在搅拌下，将2-甲基咪唑溶液加入至锌源溶液中，室温下持续搅拌20~30h；8000~15000rpm离心8~12min，弃上清液，洗涤，在70~80℃下干燥10~15h，得沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF-F；所述的二水合醋酸锌中的锌离子与2-甲基咪唑中的咪唑的摩尔比为1:4；步骤3）所述的洗涤，是用水洗2~3次，再用甲醇离心洗涤1~2次；步骤3）所述的在70~75℃下干燥10~15h。所述的一种沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF-F在吸附色素方面的应用。本专利技术提供了一种沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF-F，它是由下述方法制备的：1）二水合醋酸锌溶于水中，得锌源溶液；2）2-甲基咪唑溶于水中，得2-甲基咪唑溶液；3）在搅拌下，将2-甲基咪唑溶液加入至锌源溶液中，室温下持续搅拌20~30h；8000~15000rpm离心8~12min，弃上清液，洗涤，在70~80℃下干燥10~15h，得沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF-F；本专利技术制备过程以水为溶剂，不涉及酸碱溶液的使用；制备的材料原料廉价易得，合成工艺简单，反应条件温和，产率高，重复性好等特点；呈现蝴蝶状且分散均匀，孔径平均4nm，热稳定性、溶剂稳定性良好。附图说明图1本专利技术合成的ZIF-F材料的SEM；图2本专利技术合成的ZIF-F材料的XRD；图3本专利技术合成的ZIF-F材料的TG；图4本专利技术合成的ZIF-F材料的孔径分析；图5本专利技术合成的ZIF-F材料与ZIF-8材料对刚果红的吸附量对比图。具体实施方式实施例1沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF-F的制备以二水合醋酸锌和2-甲基咪唑为原料，以水为溶剂，在室温下搅拌反应而得，产物记为ZIF-F；具体工艺为：1）称取0.27g二水合醋酸锌，溶解在15mL蒸馏水中，得锌源溶液；2）称取0.41g2-甲基咪唑，溶解在15mL蒸馏水中，得2-甲基咪唑溶液；3）在搅拌下，将2-甲基咪唑溶液倒入锌源溶液中，室温下持续搅拌24h；反应结束后10000rpm离心10min，弃上清液，随后用蒸馏水离心洗涤3次，再用甲醇离心洗涤1次，最后在75℃干燥12h，得白色粉末状固体产物，即为ZIF-F。实施例2ZIF-F的结构表征和性能测试1、扫描电镜分析（SEM）图1为本专利技术合成的ZIF-F材料的SEM；由图1可以看出，ZIF-F材料呈现蝴蝶状的形貌，且分散均匀；2、X射线粉末衍射分析（XRD）图2为本专利技术合成的ZIF-F材料的XRD；由图2可以看出，ZIF-F材料具有较好的结晶度，已有文献报道了沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF-8和ZIF-L，同本专利技术所用有机配体溶液相同，但是通过XRD相比可知，本专利技术材料是区别于ZIF-8和ZIF-F的一种新材料。3、热重分析（TG）；图3为本专利技术合成的ZIF-F材料的TG；由图3可以看出，ZIF-F材料具有较好的热稳定性，在空气氛围下，升温至400℃材料结构才开始解体；4、孔径分析图4为本专利技术合成的ZIF-F材料的孔径分布曲线；由图4可以看出，ZIF-F材料具有较大的孔径，平均孔直径为4nm。5、ZIF-F材料的溶剂稳定性常温下在pH为2~13的溶液中浸渍3天，晶体结构保持不变；常温下在甲醇、二氯甲烷、甲苯、DMF等有机溶剂中浸渍3天，晶体结构保持不变。实施例3刚果红染料吸附实验将本专利技术所合成的ZIF-F与ZIF-8（作为对照）用于吸附去除水体中的刚果红染料，具体实施如下：准确称取吸附剂ZIF-F和ZIF-8各10.0mg于两个10mL离心管中，然后分别向其中加入5.00mL1000mg/L的刚果红溶液，静止吸附60min后，离心，对上层清液进利用紫外可见分光光度计测吸光度，如图5所示，ZIF-F对刚果红的吸附量为190.5mg/g，明显优于ZIF-8对刚果红的吸附量（122.4mg/L），表明本专利技术合成的ZIF-F在吸附去除应用领域具有一定的优势。综上所述，本专利技术合成的蝴蝶状沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF-F，具有原料廉价易得，合成工艺简单，反应条件温和，产率高，重复性好等特点，所合成的ZIF-F材料化学稳定性好，溶剂分散性较好，孔径大，热稳定性好等特点，在吸附、气体分离以及催化等领域有着很好的应用前景。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF‑F，它是由下述方法制备的：1）二水合醋酸锌溶于水中，得锌源溶液；2）2‑甲基咪唑溶于水中，得2‑甲基咪唑溶液；3）在搅拌下，将2‑甲基咪唑溶液加入至锌源溶液中，室温下持续搅拌20~30h；8000~15000rpm离心8~12min，弃上清液，洗涤，在70~80℃下干燥10~15h，得沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF‑F；所述的二水合醋酸锌中的锌离子与2‑甲基咪唑中的咪唑的摩尔比为1:4。

【技术特征摘要】
1.一种沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF-F，它是由下述方法制备的：1）二水合醋酸锌溶于水中，得锌源溶液；2）2-甲基咪唑溶于水中，得2-甲基咪唑溶液；3）在搅拌下，将2-甲基咪唑溶液加入至锌源溶液中，室温下持续搅拌20~30h；8000~15000rpm离心8~12min，弃上清液，洗涤，在70~80℃下干燥10~15h，得沸石咪唑类金属有机框架材料ZIF-F；所述的二水合醋酸锌中的锌离...

【专利技术属性】
技术研发人员：商海波，金春鑫，李东浩，姚丹阳，
申请(专利权)人：延边大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22