一种聚酰胺6/氧化石墨烯/铁基金属有机骨架三相复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚酰胺6/氧化石墨烯/铁基金属有机骨架三相复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）PA6/GO二元纤维膜的制备；（2）Fe

【技术实现步骤摘要】
一种聚酰胺6/氧化石墨烯/铁基金属有机骨架三相复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及聚合物/金属有机骨架复合材料领域，特别是一种聚酰胺6（PA6）/氧化石墨烯（GO）/铁基金属有机骨架（Fe
‑
MOFs）三相复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]如何使铁基金属有机骨架材料（Fe
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MOFs）兼具结晶度高、孔隙结构稳定、吸附性能良好、机械强度高、能够自支撑等优点是目前实现其工业化应用的关键一步。由于Fe
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MOFs为粉末状固态，使得很多领域的应用仍然处于实验阶段。近年来，Fe
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MOFs 的应用研究为重金属吸附领域开辟了一个全新的方向。大量研究证明，Fe
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MOFs 具有吸附动力学快、吸附容量大、选择性好、可重复利用等特点，是较为理想的重金属吸附剂，其研究和应用具有十分重要的意义。在合适条件下将Fe
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MOFs与不同性能或形状的功能材料进行合理复合，得到的两相或多元相复合材料即Fe
‑
MOFs复合材料，不但保持了原组成材料的优良性能并能弥补各自在应用中的缺陷，从而有希望解决Fe
‑
MOFs在实际工业应用中遇到的难题。氧化石墨烯（GO）作为性能优异的碳功能材料，具有较高的比表面积和丰富的表面官能团。其中，含氧基团能够与Fe
‑
MOFs的中心金属离子形成配位作用，从而引导Fe
‑
MOFs晶体在GO表面异相成核并进一步生长；而GO基面上的sp2区域与MOFs有机配体的芳香环之间存在π
‑
π共轭作用，且GO羟基中的氢原子与Fe
‑
MOFs结构中的氧原子之间可产生氢键，这两种作用力均可增强GO与Fe
‑
MOFs之间的结合牢固程度。对Fe
‑
MOFs和GO进行有效结合，有望通过GO表面官能团的界面诱导效应提高Fe
‑
MOFs的结晶度并固定Fe
‑
MOFs粒子。与此同时，由微纳纤维构成的静电纺丝聚合物薄膜具有相对较高的比表面积和孔隙率，柔软且有韧性，具有一定的机械强度，作为自支撑载体有望提高Fe
‑
MOFs的稳定性和改善晶体的分布情况，并实现气体的快速传输。硝酸铁含有Fe
3+
离子，在纺丝溶液内加入硝酸铁使得纺丝膜纤维上在原位生长前有Fe
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MOFs晶体的结晶位点，使得更容易负载在纤维上，故而提高Fe
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MOFs晶体的负载率。综上所述，以静电纺丝薄膜为基体、加入GO作为结构导向剂调节Fe
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MOFs晶体的层层自组装制备三元相复合材料，预期能够使Fe
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MOFs在形貌结构、稳定性、吸附与分离性能、自支撑性能方面得到综合改善，为进一步制备具有高吸附性能的Fe
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MOFs纳米复合材料提供策略，对于进一步实现Fe
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MOFs在气体吸附分离与吸附污水中的重金属离子的工业应用具有重要的意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的最主要目的在于提供了一种PA6/GO/Fe
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MOFs三相复合材料的制备方法，能够使Fe
‑
MOFs在形貌结构、稳定性、吸附与分离性能、自支撑性能方面得到综合改善。
[0004]本专利技术可以通过以下技术方案来实现：一种聚酰胺6/氧化石墨烯/铁基金属有机骨架复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）聚酰胺/氧化石墨烯纺丝膜的制备：将聚酰胺6溶解甲酸后，加入氧化石墨烯、
硝酸铁，并超声和加热搅拌使之充分溶解后均匀分散，在室温下静置12小时，然后通过静电纺丝机混纺成复合纺丝膜；其中，聚酰胺6与甲酸的质量百分比为14
‑
18%，氧化石墨烯与聚酰胺6的质量百分比为0.3
‑
0.5%，硝酸铁与聚酰胺6的质量百分比为1.5
‑
2.5%；（2）铁基金属有机骨架前驱体溶液的制备：所述铁基金属有机骨架材料为NH2‑
MIL
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53(Fe)，将摩尔比为1：1的2
‑
氨基对苯二甲酸与硝酸铁加入到20 ml的N,N
‑
二甲基甲酰胺中超声至充分溶解后得到金属有机骨架前驱体溶液；（3）聚酰胺6/氧化石墨烯纤维膜原位生长铁基金属有机骨架晶体的制备：将步骤（1）所得复合纺丝膜剪成小片后均匀放入步骤（2）所得的金属有机骨架前驱体溶液中，确保复合纤维膜被浸没，密封反应釜放入150 ℃的烘箱中反应6小时；取出复合纺丝膜，用甲醇洗涤3
‑
6次后在100℃真空干燥处理8小时，得到聚酰胺6/氧化石墨烯/铁基金属有机骨架三相复合材料。
[0005]在步骤（1）中，聚酰胺6与甲酸的质量百分比为16%。
[0006]在步骤（1）中，氧化石墨烯与聚酰胺6的质量百分比为0.4%。
[0007]在步骤（1）中，硝酸铁与聚酰胺6的质量百分比为2%。
[0008]在本专利技术的PA6/GO/Fe
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MOFs三相复合材料中，选取PA6聚合物静电纺丝形成纳米纤维，纳米纤维具有直径小、比表面积大和表面容易功能化等优点，通过静电纺丝可以实现直接连续制备纳米纤维，效率更高，便于规模化应用。Fe
‑
MOFs作为多孔材料，具有结构多样、比表面积大、孔道尺寸可调及骨架可修饰等优点，可以很好地运用于气体吸附和分离。但Fe
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MOFs材料因其机械强度较低、湿度稳定性差、固体成品为粉末状等缺点使得在许多领域的应用仍处于实验阶段。在合适条件下将Fe
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MOFs与不同性能或形状的功能材料进行合理复合，得到的两相或多元相复合材料即Fe
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MOFs复合材料不但保持了原组成材料的优良性能并能弥补各自在应用中的缺陷，从而有希望解决Fe
‑
MOFs在实际工业应用中遇到的难题。氧化石墨烯具有较高的比表面积和丰富的表面官能团，其含氧基团能够与Fe
‑
MOFs的中心金属离子形成配位作用，从而引导Fe
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MOFs晶体在GO表面异相成核并进一步生长；而GO基面上的sp2区域与Fe
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MOFs有机配体的芳香环之间存在π
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π共轭作用，且GO羟基中的氢原子与Fe
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MOFs结构中的氧原子之间可产生氢键，这两种作用力均可增强GO与Fe
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MOFs之间的结合牢固程度。对Fe
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MOFs和GO进行有效结合有望通过GO表面官能团的界面诱导效应提高Fe
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MOFs的结晶度并固定Fe
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MOFs粒子。与此同时，由微纳纤维构成的静电纺丝聚合物薄膜具有相对较高的比表面积和孔隙率，柔软且有韧性，具有一定的机械强度，作为自支撑载体有望提高Fe
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚酰胺6/氧化石墨烯/铁基金属有机骨架复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）聚酰胺/氧化石墨烯纺丝膜的制备：将聚酰胺6溶解甲酸后，加入氧化石墨烯、硝酸铁，并超声和加热搅拌使之充分溶解后均匀分散，在室温下静置12小时，然后通过静电纺丝机混纺成复合纺丝膜；其中，聚酰胺6与甲酸的质量百分比为14
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18%，氧化石墨烯与聚酰胺6的质量百分比为0.3
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0.5%，硝酸铁与聚酰胺6的质量百分比为1.5
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2.5%；（2）铁基金属有机骨架前驱体溶液的制备：所述铁基金属有机骨架材料为NH2‑
MIL
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53(Fe)，将摩尔比为1：1的2
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氨基对苯二甲酸与硝酸铁加入到20 ml的N,N
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二甲基甲酰胺中超声至充分溶解后得到铁基金属有机骨架前驱体溶液；（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨营，梁颖，何富安，史博，吴铛，邱基森，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：