一种用于高效二氧化碳还原及油水分离的ZIF基碳海绵的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于CO2还原及油水分离的ZIF基碳海绵的制备及应用，制备方法包括：将市售的三聚氰胺海绵分别浸入无水乙醇及去离子水清洗，烘干；将干燥的三聚氰胺海绵在管式炉内煅烧，得到碳化海绵，将碳化海绵用去离子水清洗，烘干。将制备好的g

【技术实现步骤摘要】
一种用于高效二氧化碳还原及油水分离的ZIF基碳海绵的制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种可重复使用的、可用于CO2还原及油水分离的ZIF基碳海绵的制备及应用。

技术介绍

[0002]工业生产过程和日常生活中产生大量含油废水，含油废水是最普遍的环境问题之一，并且化石能源的大量燃烧产生了大量的温室气体，如CO2等，导致全球气温上升，海平面升高，以及极端天气的频发，严重威胁了人类的生产和生活安全。因此，开发能够有效解决该问题的材料具有重要意义。为解决油污染问题，国内外学者做了大量工作，如重力分离、离心分离、气浮、电凝、沉淀、凝结和膜分离用于油水分离。海绵材料作为一种吸附能力强、吸收速度快、质量轻、价格低廉的材料也逐渐受到人们的关注，而一种可以重复利用的功能性海绵材料也符合了人们对海绵的发展要求。此外，此海绵不仅可以用于油水分离，还可以用于CO2还原。
[0003]0003. 碳海绵具有微纳米级的分层多孔结构，骨架表面有大量的活性点。独特的多尺度结构使这种三维结构具有优异的吸油性能，包括因疏水性而具有优异的吸收选择性，因超低密度而具有较高的吸收能力，因优异的抗逆性和可压缩性而具有非凡的回收能力，因坚固的骨架而具有较高的保油效率。此外，碳海绵还具有丰富的路易斯碱度和出色的光热性能等其他有利特性。这些理想的特性赋予碳海绵良好的 CO
2 吸附能力，并为在温和条件下进行热和光热催化提供了机会。
[0004]0004. 到目前为止，已有研究通过以各种多孔材料，包括碳基多孔材料、聚合物海绵、气凝胶、钢网和织物等作为基底，通过使用光刻法、等离子体刻蚀法、机械刻蚀法、模板法、激光烧蚀法等自上而下的策略从而增加基底表面粗糙度，使基底从亲水亲油状态转变为疏水亲油状态，从而使材料具有油水分离特性，但这种方法对设备和环境要求高，制备工艺复杂、制备效率低，不适合大面积制备。另一方面，也有相关研究，通过使用聚四氟乙烯、全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸（PFOS）和氟调聚物醇（FTOH）等含氟物质降低物体表面能，从而达到疏水亲油状态，但是此类含氟物质极难降解，对环境和人体有很大危害。因此，开发一种具有绿色环保、简单便捷、低成本、易于实现规模化生产的材料具有广泛的应用领域。

技术实现思路

[0005]0005. 针对现有技术存在的问题和不足，本专利技术提供一种简单、低成本的方法，以制备具有吸附容量高、吸附速度快、易于分离回收的具有超轻质量、高弹性、良好光催化的超疏水
‑
超亲油海绵。
[0006]0006. 为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案包括如下步骤：步骤1，碳海绵（CMS）的制备，将三聚氰胺海绵置于第一溶剂内清洗30~60min，再去离子水中超声清洗
30~60min，烘干得到干燥的三聚氰胺海绵；将清洗干净的MS材料置于管式炉中，在流动气氛，300
‑
500℃温度下，煅烧2
‑
4h，再去离子水中超声清洗30~60min，烘干之后得到碳海绵。
[0007]0007. 步骤2， g
‑
C3N4/Zn、Co
‑
ZIF负载，将g
‑
C3N4和Zn、Co
‑
ZIF以一定比例混合后，分散在第二溶剂内，超声2
‑
3h，烘干后得到g
‑
C3N4/Zn、Co
‑
ZIF粉体材料，将混合的粉体材料分散在第三溶剂内，并滴涂在碳海绵上，烘干后得到g
‑
C3N4/Zn、Co
‑
ZIF碳海绵材料。
[0008]0008. 步骤3，PDMS负载，将步骤2得到的海绵浸于PDMS溶液中，室温下静止一段时间后，取出固化，得到g
‑
C3N4/Zn、Co
‑
ZIF/PDMS碳海绵材料。
[0009]0009. 步骤1中，所述的烘干温度为60～80 ℃，烘干时间为4～8 h。
[0010]0010. 步骤1中，所述的流动气氛通入的气体包括氦气、氩气、氮气中的至少一种。
[0011]0011. 步骤2中，所述g
‑
C3N4/Zn、Co
‑
ZIF的质量比为2：1、1：1、1：2、1：3、1：4。
[0012]0012. 步骤2中，所述第二溶剂为选自无水乙醇或甲醇的一种以上。
[0013]0013. 步骤2中，所述的第三溶剂选自正己烷或环己烷的一种以上。
[0014]0014. 步骤2中，所述的烘干温度为70
‑
85℃。
[0015]0015. 步骤3中，所使用的PDMS溶液为PDMS与固化剂的烷烃混合溶液，所使用的PDMS溶液中，PDMS为溶剂质量的1～8 ％，固化剂为PDMS质量的5~15 ％。
[0016]0016. 步骤3中，所述的静置时间为60~120 min，固化温度为100～120 ℃，固化时间为2～4 h。
[0017]0017. 所制备的碳海绵用于吸附水体中的油污，如水面上的浮油、水下的二氯甲烷等；并应用于光催化CO2还原领域。
[0018]0018. 本专利技术的有益效果是：第一、本专利技术的碳海绵表面的纳米片的引入可以有效地增加该海绵的表面粗糙度，此外，PDMS的浸涂能够有效降低海绵的表面能，从而提高海绵的疏水效果。本专利技术的改性碳海绵具有超低密度，高吸附量、快速吸附、化学稳定性强、可重复利用率高等性能，在有机溶剂与水混合液的分离等方面具有广泛的应用及良好的推广价值。
[0019]0019. 第二、碳海绵具有独特的三维孔道结构，并且具有较大的比表面积，为CO2的吸附提供了有利条件；金属有机骨架 (MOF) 因其显着高的表面积、可控的孔径、可调的组成和结构而被开发为一种很有前途的 CO
2 转化多相催化剂，重要的是，它们开放的金属离子位点和合理设计的功能连接体可以作为高活性催化位点来促进催化活性。
[0020]0020. 第三、我们将 Zn、Co
‑
ZIF与g
‑
C3N4纳米片合理整合在碳海绵上，成功实现了具有协同功能的复合。不仅可以产生高效的催化活性位点，还可以增强反应位点对CO2的吸附，从而实现CO2分子的活化。此外，Zn、Co
‑
ZIF的集成极大地促进了 g
‑
C3N
4 纳米片的定向能量迁移，这极大地抑制了 g
‑
C3N
4 纳米片中的电子
‑
空穴复合，并为吸附的 CO
2 的还原提供长寿命电子，从而明显促进光催化CO2转化效率。
附图说明
[0021]0021. 图1为400℃煅烧后的CMS海绵的SEM图。
[0022]0022. 图2为ZIF催化剂的SEM图。
[0023]0023. 图3为实施例4样品的SEM图。
[0024]0024. 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于CO2还原及油水分离的ZIF基碳海绵的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤：（1）将三聚氰胺海绵置于第一溶剂内清洗30~60min，再去离子水中超声清洗30~60min，烘干得到干燥的三聚氰胺海绵；（2）将步骤（1）中被清洗干净的MS材料置于管式炉中，在流动气氛，300
‑
500℃温度下，煅烧2
‑
4h，再去离子水中超声清洗30~60min，烘干之后得到碳化的三聚氰胺海绵；（3）将g
‑
C3N4和Zn、Co
‑
ZIF分散在第二溶剂内，超声2
‑
3h，烘干后得到g
‑
C3N4/Zn、Co
‑
ZIF粉体材料；（4） 将步骤（3）得到的粉体材料分散在第三溶剂内，将其表面涂覆在步骤（2）所述的碳海绵上，清洗、烘干，得到g
‑
C3N4/Zn、Co
‑
ZIF碳海绵材料；（5）PDMS负载，将步骤（4）得到的海绵浸于PDMS溶液中，室温下静止一段时间后，取出固化，得到g
‑
C3N4/Zn、Co
‑
ZIF/PDMS碳海绵材料。2.根据权利要求1所述的一种用于CO2还原及油水分离的ZIF基碳海绵的制备，其特征在于，步骤（1）中，所述第一溶剂选自无水乙醇，所述的烘干为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵然，李宁博，聂亚辉，陈雯，杨馨婷，齐芷怡，王栋，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：