一种UiO-66/纳米纤维素复合气凝胶的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种UiO

【技术实现步骤摘要】
一种UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶的制备及应用


[0001]本专利技术属于化学分析领域，更具体地说，涉及一种UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶的制备及应用。

技术介绍

[0002]长期以来萃取技术对于小分子物质的纯化和检测占有至关重要的作用，由于复杂基质的干扰，小分子物质检测前需要复杂的预处理方法，比如固相萃取、液态萃取、微量固相萃取以及串联溶剂萃取等。然而，这些预处理方法大多存在耗时长、扩散有限和传质率低等缺点。因此，设计一种简单有效的预处理方法从复杂的基质中进行小分子物质的萃取是尤为重要的。
[0003]金属有机框架是一类由金属节点和配位键连接的有机键组成的结晶性多孔材料。由于金属有机框架具有可调控的孔隙结构、大的表面积和易于表面功能化的特点，因此被认为是传统固相萃取的良好替代品。UiO
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66是一种化学性质稳定的金属有机框架材料，由Lillerud等人首次以互生晶体形式合成，并且Behrens等人的后续工作表明，UiO
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66晶体的形状可以通过添加苯甲酸或乙酸从互生形态有效地调控到明确的八面体。然而，由于UiO
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66的结晶性质，大多以粉末或的形式获得，这阻碍了其加工性和实用性。为了扫清这一障碍，将UiO
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66整合到各种支持结构中，形成可塑的、具有成本效益的产品，以扩大UiO
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66作为功能材料的潜在应用。
[0004]近年来，纳米纤维素作为金属有机框架的支撑材料显示出巨大的前景，尤其是以纤维素气凝胶的形式。纳米纤维素具有强度高、重量轻、无毒、易加工等优良特性。此外，纤维素纳米晶体可以帮助不稳定的胶体纳米粒子(如碳纳米管、二氧化锰或氮化硼等)均匀悬浮在水中，从而加工成分布均匀的混合纳米复合材料。李等人围绕2,2,6,6
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四甲基哌啶氮氧化物的纳米纤维素模板原位合成MOF晶体，与传统的MOF粉末相比该晶体具有更高的吸附能力。徐等人通过在细菌纤维素上原位生长MOF纳米粒子(如ZIF
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8和UiO
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66)制备了具有实用宏观形状和分级孔隙率的柔性MOF气凝胶，并应用于水净化。然而，化学改性、种子生长和额外交联剂的复杂制造过程也会导致界面相互作用差和成本更高。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种通过UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶的制备及应用，通过分子设计在羧甲基纤维素和纤维素纳米晶上引入功能性官能团(酰肼基和醛基)，以及通过自交联的方法将UiO
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66嵌入到气凝胶中以获得更加优异的吸附性能，以复合气凝胶为基础设计一种简单、快速、稳定有效从复杂基质中萃取化合物的预处理方法。
[0006]本专利技术一方面提供了一种UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶的制备方法，具体步骤包括：
[0007]S1、酰肼改性羧甲基纤维素的制备：将N
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羟基琥珀酰亚胺溶液和乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺溶液滴加到羧甲基纤维素混合溶液中，混匀(5～10min)后用氢氧化钠或盐酸
将酰肼改性的羧甲基纤维素pH值调到5～9(优选为6～8)，最后将该溶液进行透析，透析后溶液冻干，得到酰肼改性羧甲基纤维素，直至进一步使用；其中，N
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羟基琥珀酰亚胺溶液、乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺溶液和羧甲基纤维素混合溶液的体积比为1:1:1；羧甲基纤维素混合溶液的制备方法为：将羧甲基纤维素和乙二酸二酰肼溶解在水中，得到羧甲基纤维素混合溶液，羧甲基纤维素、乙二酸二酰与水的比例为1～5g：2～6g：100～500mL，优选为1～2g：4～6g：300～400mL；N
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羟基琥珀酰亚胺溶液的制备方法为：将N
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羟基琥珀酰亚胺溶解在二甲基亚砜和水的混合溶液中，得到N
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羟基琥珀酰亚胺溶液，N
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羟基琥珀酰亚胺与二甲基亚砜和水的混合溶液的比例为0.10～0.50g：5～10mL，优选为0.11～0.14g：1～2ml；乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺溶液的制备方法为：将乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺溶解在二甲基亚砜和水的混合溶液中，得到乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺溶液，乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺与二甲基亚砜和水的混合溶液的比例为0.1～0.8g：1～5ml，优选为0.4～0.6g：1～2ml；
[0008]S2、醛基改性纤维素纳米晶的制备：将高碘酸钠溶解在1～5wt％(优选为1～2wt％)的纤维素纳米晶的悬浮液中，在室温下避光搅拌8～15h(优选为10～12h)，结束后将乙二醇快速加入到悬浮液中以终止反应，然后对悬浮液进行透析，最后以悬浮液的形式储存在4～8℃下；其中，高碘酸钠与纤维素纳米晶的悬浮液的比例为0.2～0.8g：80～120mL，优选为0.4～0.6g：80～120mL；
[0009]S3、UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶的制备：将UiO
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66纳米颗粒悬浮在1～5wt％(优选为1～2wt％)的醛基改性的纤维素纳米晶溶液中，超声1～15min(优选为10～15min)，然后用涡流混合器将所得的悬浮液与等体积的1～5wt％(优选为1～2wt％)酰肼改性的羧甲基纤维素溶液混合1～10min(优选为1～2min)，最终的交联团块悬浮液被转移到塑料盘中，并在
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60～80℃(优选为
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70～80℃)冰箱中储存5～20min(优选为5～10min)，最后冻干，得到UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶；其中，UiO
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66纳米颗粒与醛基改性的纤维素纳米晶溶液的比例为5～50mg：1～5mL，优选为10～20mg：1～3mL。
[0010]进一步的，二甲基亚砜和水的混合溶液中二甲基亚砜和水的体积比为1:1～1:5。
[0011]进一步的，冻干的条件为在
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70～
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80℃下冻干15～24h。
[0012]进一步的，透析的截留分子量为5000
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14000Da。
[0013]进一步的，UiO
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66纳米颗粒的粒径为300～1000nm。
[0014]进一步的，塑料盘为圆柱形塑料盘，直径为10mm。
[0015]本专利技术另一方面提供上述的方法制备的UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶，所述复合气凝胶具有反复利用性。
[0016]本专利技术再一方面提供上述UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶的应用，所述复合气凝胶应用于化学分析材料、色谱处理材料、环保材料、食品材料领域中，用作吸附材料、过滤材料。
[0017]进一步的，上述UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶的应用方法，包括步骤：
[0018]S1、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1、酰肼改性羧甲基纤维素的制备：将N
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羟基琥珀酰亚胺溶液和乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺溶液滴加到羧甲基纤维素混合溶液中，混匀后用氢氧化钠或盐酸将pH值调到5～9，最后进行透析，透析后溶液被冻干；其中，N
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羟基琥珀酰亚胺溶液、乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺溶液和羧甲基纤维素混合溶液的体积比为1:1:1；羧甲基纤维素混合溶液的制备方法为：将羧甲基纤维素和乙二酸二酰肼溶解在水中，得到羧甲基纤维素混合溶液，羧甲基纤维素、乙二酸二酰与水的比例为1～5g：2～6g：100～500mL；N
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羟基琥珀酰亚胺溶液的制备方法为：将N
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羟基琥珀酰亚胺溶解在二甲基亚砜和水的混合溶液中，得到N
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羟基琥珀酰亚胺溶液，N
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羟基琥珀酰亚胺与二甲基亚砜和水的混合溶液的比例为0.10～0.50g：5～10mL；乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺溶液的制备方法为：将乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺溶解在二甲基亚砜和水的混合溶液中，得到乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺溶液，乙基二甲基胺丙基碳化二亚胺与二甲基亚砜和水的混合溶液的比例为0.1～0.8g：1～5ml；S2、醛基改性纤维素纳米晶的制备：将高碘酸钠溶解在1～5wt％的纤维素纳米晶的悬浮液中，在室温下避光搅拌8～15h，结束后将乙二醇加入到悬浮液中以终止反应，然后对悬浮液进行透析，最后以悬浮液的形式储存在4～8℃下；其中，高碘酸钠与纤维素纳米晶的悬浮液的比例为0.2～0.8g：80～120mL；S3、UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶的制备：将UiO
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66纳米颗粒悬浮在1～5wt％的醛基改性的纤维素纳米晶溶液中，超声1～15min，然后用涡流混合器将所得的悬浮液与等体积的1～5wt％酰肼改性的羧甲基纤维素溶液混合1～10min，最终的交联团块悬浮液被转移到塑料盘中，并在
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60～80℃冰箱中储存5～20min，最后冻干，得到UiO
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66/纳米纤维素复合气凝胶；其中，UiO
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66纳米颗粒与醛基改性的纤维素纳米晶溶液的比例为5～50mg：1～5mL。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕景然，赵起越，侯红漫，张公亮，郝洪顺，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：