一种绿色、经济的规模化合成ZIF-8材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种绿色、经济的规模化合成ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种绿色、经济的规模化合成ZIF
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8材料的方法


[0001]本专利技术属于金属有机骨架领域，特别涉及一种绿色、经济的规模化合成ZIF
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8材料的方法。

技术介绍

[0002]沸石咪唑酯骨架结构(Zeolitic Imidazolate Frameworks，ZIFs)材料是一种金属有机骨架化合物，在近些年受到了广泛的研究，其通过四配位的过渡金属(如Co、Zn)与咪唑类配体(如2
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甲基咪唑、苯并咪唑)相连形成具有类沸石结构的配位聚合物。ZIF
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8是采用二价锌盐和2
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甲基咪唑制备的具有沸石SOD拓扑结构的材料，在催化、分离、吸附等领域有着良好的应用前景。陈小明课题组第一次合成出该材料并将其命名为MAF
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4。Yaghi课题组也报道了该材料，并将其命名为ZIF
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8，同时验证该材料的结构能够在沸水和碱液中保持稳定，证实其具有高的热稳定性和化学稳定性。Jakubczak课题组研究了ZIF
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8和其他典型的MOFs材料HKUST
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1、MIL
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101、MOF
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5等材料在水蒸气存在的情况下的热稳定性。研究结果表明ZIF
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8可以在350℃的水蒸气中保持结构和形貌特征，相对于其他的MOFs材料具有更好的热稳定性。
[0003]在所有的MOFs材料中，ZIF
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8具有优秀的化学和热稳定性以及灵活可控的结构，是最有希望实现规模化合成的MOFs材料之一。关于ZIF
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8的合成方法有很多种，最常见的方式是水热法和溶剂热法。然而，关于规模化合成ZIF
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8的报道很少。专利CN103230777B公开了一种吸附材料ZIF
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8的大量制备方法及成型方法，是以DMF为溶剂并将六水硝酸锌和2
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甲基咪唑投入100ml的聚四氟乙烯内衬中，搅拌均匀后用不锈钢外套密封，凭借其自身压力进行反应。但是该方法消耗大量的DMF作为反应溶剂，并需要烘箱加热提供反应所需温度，导致制备成本高且溶剂环境影响大。又如专利CN114133584A公开了一种绿色、高效、均匀合成ZIF
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8材料的方法其特征在于，是以锌盐、间苯二酚和2
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甲基咪唑为原料，以水为溶剂进行制备，但是其反应过程需要高达1000r/min的磁力搅拌，这导致在大规模合成的条件下对生产设备要求较大。此外，也有研究者通过改变溶剂种类、添加模板剂或表面活性剂的方法来制备ZIF
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8材料，例如专利CN107722046A以及专利CN106905536A和专利CN107715843A等。虽然通过上述方法可以制备ZIF
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8材料，但存在制备流程复杂、成本高、污染大或能耗高等问题，难以实现规模化合成。因此，研发一种绿色、经济的规模化合成ZIF
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8材料的方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的缺陷并且提供的一种绿色、经济的规模化合成ZIF
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8材料的方法。
[0005]本专利技术提供了一种绿色、经济的规模化合成ZIF
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8材料的方法，是以二水醋酸锌、三乙胺和2
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甲基咪唑为原料，以自来水为溶剂，并在室温、常压条件下搅拌进行制备，反应结束后将溶液静置在室温条件下一定时间，并取得沉降层进行离心、洗涤、干燥等操作后，
即可得白色粉末状的ZIF
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8材料。
[0006]前述绿色、经济的ZIF
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8规模化合成方法包括以下步骤：
[0007](1)将2
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甲基咪唑和三乙胺加入到自来水中，搅拌使其充分溶解，得到溶液A；
[0008](2)将二水醋酸锌加入到自来水中，搅拌使其充分溶解，得到溶液B；
[0009](3)将溶液B加入到溶液A中，充分搅拌，得到溶液C；
[0010](4)检测溶液C的pH，待数值稳定后停止搅拌；
[0011](5)将溶液C在室温条件下进行静置，得到沉降层，并通过离心分离、洗涤等操作得到目标产物，将得到的目标产物干燥后即得到白色粉末状的ZIF
‑
8材料。
[0012]进一步地，步骤(1)和步骤(2)中，所述搅拌是在室温下进行的。
[0013]进一步地，步骤(1)中，所述溶液A的2
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甲基咪唑的质量浓度为45
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55g/L；所述三乙胺的摩尔浓度为0.20
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0.30mol/L。
[0014]进一步地，所述的锌盐是二水醋酸锌和无水醋酸锌的一种。
[0015]进一步地，步骤(2)中，所述溶液B的二水醋酸锌的质量浓度为20
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30g/L。
[0016]进一步地，所述溶液A与溶液B混合时，溶液A中的2
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甲基咪唑与溶液B中的锌盐的质量比为45
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55:20
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30。
[0017]进一步地，步骤(3)中，所述溶液A与溶液B混合时的搅拌速度为150
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300r/min，搅拌时间为3
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6h。
[0018]进一步地，步骤(5)中，所述溶液C的pH会稳定在8.5
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9.5范围内。
[0019]进一步地，步骤(5)中，所述溶液C静置的操作是在室温条件下进行的，所用的时间为4
‑
10h。
[0020]进一步地，步骤(5)中，所述的洗涤是用自来水和甲醇进行洗涤；所述干燥是真空干燥，干燥时间为6
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12h。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下的优点或效果：
[0022](1)本专利技术工艺简单，在常温常压下通过3h左右的低速搅拌即可生产，因此在材料合成的过程中不需要任何加热设备，同时不需要耐高温、高压的反应器，大幅降低了材料制备过程中的设备成本和操作成本。由于本合成方法制工艺简单，便于重复，在放大的过程中能够维持材料基本的结构和形貌。因此，本方法具有对设备要求低、能耗小、耗时短，并且重复性好的优点，能够实现规模化合成。
[0023](2)本专利技术所用的溶剂为自来水。现有技术使用去离子水或有机溶剂作为溶剂，而本方法使用自来水作为溶剂。自来水具有廉价易得、对环境无污染的优点，是所有溶剂中最经济和绿色的选择。本方法以尽量少的自来水作为溶剂，对反应器的体积要求小，便于后期对母液的循环利用以及废液的处理和排放，进一步降低了材料制备的成本并尽可能的减小了对环境的影响。
[0024](3)本专利技术采用工业级的二水醋酸锌作为锌源，大幅降低了原料的成本和设备腐蚀的风险。在价格方面，二水醋酸锌的价格远远低于其他方案中常用的六本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绿色、经济的规模化合成ZIF
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8材料的方法，其特征在于，是以工业级二水醋酸锌、2
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甲基咪唑为原料，以自来水为溶剂进行制备；包括以下步骤：(1)将2
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甲基咪唑和三乙胺加入到自来水中，搅拌使其充分溶解，得到溶液A；(2)将二水醋酸锌加入到自来水中，搅拌使其充分溶解，得到溶液B；(3)将溶液B加入到溶液A中，充分搅拌，得到溶液C；(4)检测溶液C的pH值，待数值稳定后停止搅拌；(5)将溶液C在室温条件下进行静置，得到沉降层，并通过离心分离、洗涤操作得到目标产物，将得到的目标产物干燥后即得到白色粉末状的ZIF
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8材料。2.根据权利要求1所述绿色、经济的规模化合成ZIF
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8材料的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)所述搅拌是在室温下进行的。3.根据权利要求1所述绿色、经济的规模化合成ZIF
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8材料的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶液A中2
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甲基咪唑的质量浓度为45
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55g/L；所述三乙胺的摩尔浓度为0.20
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0.30mol/L。4.根据权利要求1所述绿色、经济的规模化合成ZIF
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8材料的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二水醋酸锌等摩尔替换为无水醋酸锌。5.根据权利要求1所述绿色、经济的规模化合成ZIF
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱明耀，李映伟，陈立宇，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：