一种共价有机框架材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种共价有机框架材料及制备方法和应用，以正四面体对称四位点的氨基配体和具有不同侧基取代四位点的醛基配体为原料，邻二氯苯和正丁醇为溶剂，冰醋酸为催化剂，经过前置的超声处理，高温反应过程，以及过滤和索提等纯化步骤，合成出了具有7重互穿pts拓扑网络结构的共价有机框架化合物，所合成的共价有机框架化合物能够污染物水体中Pb(II)离子实现选择性吸附去除。子实现选择性吸附去除。子实现选择性吸附去除。

【技术实现步骤摘要】
一种共价有机框架材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于共价有机框架材料
，具体涉及一种共价有机框架材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]水污染问题引起了全球范围内的广泛关注，除去水中的污染物对于人类的生存至关重要，而重金属是其中最广泛研究的有毒污染物之一。铅由于其稳定性和不可降解性而引起了严重的环境问题。在过去的50年里，已有超过80万吨的铅被排放到环境中，给公众健康造成了极大的威胁。铅及其化合物都对神经、造血、消化、肾脏、心血管和内分泌等多个系统产生危害，因此从环境中有效地去除铅具有非常紧迫和不可或缺的意义。化学沉淀、电化学去除、离子交换、吸附等方法都被用于去除水溶液中的Pb(II)，而吸附法已被证明是一种有效的方法。然而，目前已知的吸附剂存在一些缺点，例如结构不可控、吸附速度慢、吸附容量低和pH、温度的耐受性差。因此，开发具有更高吸附容量和更快吸附速率的新型材料非常重要。COFs作为一种活性多孔材料，由于其多孔性大、易改性等优点，被认为是一种很有前途的吸附去除环境中有害物质的材料。近年来，一些重要的研究已经集中在改性COFs材料对水中重金属离子的去除上，这些材料表现出快速、优异的吸附能力，易于分离去除重金属离子。
[0003]鉴于此，本专利技术设计了一种新型的共价有机框架，设计出的共价有机框架可以对水体中Pb(II)离子实现有效的选择性吸附去除。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个目的在于提供一种共价有机框架材料，该共价有机框架材料由式(Ⅰ)所示的正四面体对称四位点的氨基配体和式(Ⅱ)所示的任一具有不同侧基取代四位点的醛基配体合成得到，并具有七重互穿pts拓扑三维网络结构，
[0005][0006]本专利技术的第二个目的在于提供一种共价有机框架材料的制备方法，具体为：将正四面体对称四位点的氨基配体、具有不同侧基取代四位点的醛基配体和有机溶剂混合，加入催化剂醋酸，超声混匀，循环冷冻抽真空，以密封状态在120℃下反应三天，之后经后处理，得到共价有机框架材料。
[0007]进一步地，正四面体对称四位点的氨基配体与具有不同侧基取代四位点的醛基配体的摩尔比为1:1。
[0008]进一步地，有机溶剂为体积比1:1的邻二氯苯和正丁醇得混合溶剂。
[0009]进一步地，催化剂以6mol/L醋酸的形式投料，6mol/L醋酸与有机溶剂的体积比为1:10。
[0010]进一步地，后处理具体为：反应结束后，冷却至室温，过滤获得粗产物，粗产物分别用四氢呋喃和丙酮进行索提纯化，索提结束后，置于真空烘箱在80℃下干燥12h，得到最终纯化的共价有机框架固体粉末。
[0011]本专利技术的第三个目的在于提供一种共价有机框架材料在水体污染物去除中的应用，尤其是能够对水体中Pb(II)离子选择性吸附去除。
[0012]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0013]1)本专利技术制备的新型共价有机框架材料，具有较高的结晶度，较好的热稳定性，并且由于其特性的孔道和较高的比表面积，在环境水体污染治理领域有着重要的发展潜力和应用前景；
[0014]2)本专利技术制备的新型共价有机框架材料，在水体重金属离子吸附分离实验中具有
较高的选择性，较大的吸附量和吸附循环性效果。
附图说明
[0015]图1为具有七重穿插pts拓扑的共价有机框架的结构示意图；
[0016]图2为本专利技术实施例1中COF
‑
OBu的实验PXRD与精修PXRD图谱；
[0017]图3为本专利技术实施例1中COF
‑
OBu的FT
‑
IR谱图；
[0018]图4为本专利技术实施例2中COF
‑
OHe的实验PXRD与精修PXRD图谱；
[0019]图5为本专利技术实施例2中COF
‑
OHe的FT
‑
IR谱图；
[0020]图6为本专利技术实施例2中COF
‑
OHe的对水体中不同金属离子的选择性吸附性能图。
具体实施方式
[0021]以下结合说明书附图及具体实施例对本专利技术做进一步详细说明，以便更好地理解本技术方案。
[0022]实施例1
[0023]COF
‑
OBu的制备及其在水体Pb(II)离子选择性吸附去除中的应用：
[0024][0025]将0.02mmol的四位点氨基配体(式1)与0.02mmol的四位点醛配体(式2a)加入到Schlenk管中，并加入0.5ml邻二氯苯和0.5ml正丁醇作为混合溶剂，混合均匀后加入100μl的6M AA作为催化剂，超声处理10分钟后，通过三次循环冷冻抽真空排除体系内的空气。然后将密封的Schlenk管放置120℃的烘箱中加热72h。反应结束冷却到室温，通过过滤收集到粗产物。沉淀物通过索氏提取器分别用四氢呋喃和丙酮索提24h，最后在80℃的真空烘箱干燥12h得到纯化的粉末状COF
‑
OBu。
[0026]所得COFs材料具有七重互锁的pts拓扑结构，具体的结构信息如图1所示。
[0027]参阅图2，通过粉末X
‑
射线衍射测量，COF
‑
OBu在4.62
°
、6.14
°
、9.53
°
和17.74
°
出现的衍射峰，与具有七重互锁的pts拓扑结构模拟出的PXRD图谱对应良好，证明COF
‑
OBu材料的成功合成。
[0028]参阅图3，通过傅里叶变换红外(FT
‑
IR)光谱测试，通过对合成所需对应配体与对应产物COF
‑
OBu的红外光谱图对比，产物在1624cm
‑1处产生了C＝N键的特征拉伸震动，并且对应于氨基和醛基的特征峰大大减弱，也证明了COF
‑
OBu的成功合成。
[0029]实施例2
[0030]COF
‑
OHe的制备及其在水体Pb(II)离子选择性吸附去除中的应用：
[0031][0032]将0.02mmol的四位点氨基配体(式1)与0.02mmol的四位点醛基配体(式2b)加入到Schlenk管中，并加入0.5ml邻二氯苯和0.5ml正丁醇作为混合溶剂，混合均匀后加入100μl的6M AA作为催化剂，超声处理10分钟后，通过三次循环冷冻抽真空排除体系内的空气。然后将密封的Schlenk管放置120℃的烘箱中加热72h。反应结束冷却到室温，通过过滤收集到粗产物。沉淀物通过索氏提取器分别用四氢呋喃和丙酮索提24h，最后再80℃的真空烘箱干燥12h得到纯化的粉末状COF
‑
OHe。
[0033]所得COFs材料具有七重互锁的pts拓扑结构，具体的结构信息如图1所示。
[0034]参阅图4，通过粉末X
‑
射线衍射测量，COF
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共价有机框架材料，其特征在于，该共价有机框架材料由式(Ⅰ)所示的正四面体对称四位点的氨基配体和式(Ⅱ)所示的任一具有不同侧基取代四位点的醛基配体合成得到，并具有七重互穿pts拓扑三维网络结构，2.权利要求1所述的一种共价有机框架材料的制备方法，其特征在于该制备方法为：将正四面体对称四位点的氨基配体、具有不同侧基取代四位点的醛基配体和有机溶剂混合，加入催化剂醋酸，超声混匀，循环冷冻抽真空，以密封状态在120℃下反应三天，之后经后处理，得到所述的共价有机框架材料。3.如权利要求2所述的一种共价有机框架材料的制备方法，其特征在于正四面体对称四位点的氨基配体与具有不同侧基取代四位点的醛基配体的摩尔比为1:1。4.如权利要求2所述的一种共价有机框架...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈桂南，黄燕，章纯洁，顾大卫，朱兵斌，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：