一种铁基MOF/PAN复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于吸附材料技术领域，具体涉及一种铁基MOF/PAN复合材料及其制备方法和应用，该复合材料以PAN为载体，且MOF负载在载体PAN上，包括制备聚缩醛胺（PAN）和将PAN与MOF复合两步，步骤包括：a.将单体三聚氰胺、4

【技术实现步骤摘要】
一种铁基MOF/PAN复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于吸附材料
，特别涉及一种铁基MOF/PAN复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]苯是一种石油化工基本原料，常温下为一种无色、有甜味的透明液体，其密度小于水，具有强烈的芳香气味，若长时间接触高浓度苯系物，会对神经系统和血液系统造成严重损伤。世界卫生组织也将苯列入一类致癌清单中，因此，苯类污染物的环境治理具有重要意义。
[0003]针对苯污染物的去除，最常使用的是吸附法，而吸附法的关键是吸附剂的选取。MOF材料由于其高比表面积、大孔容、结构和功能可调等显著优点，使得MOF材料在气体吸附储存中有着较高的地位。然而，MOF即使拥有较高的吸附量，它们对于苯污染物的吸附依然有限，部分苯分子只能被吸附在孔道表面，无法大量的进入MOF孔道。MOF在复合了用于合适孔径的聚缩醛胺之后提供了更多的吸附作用力，可使吸附量大大提高。
[0004]中国专利CN113145084A和CN115090273A通过一步水热工艺制备了用于吸附苯类气体的MIL
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101/PDVB复合材料和MIL
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101/NPAN复合材料，为了提高材料的结晶度，制备时加入了NaOH、HF、HCL等酸碱矿化剂，合成温度为160
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180℃；其次，MOF材料制备中都使用了Cr(NO3)3·
9H2O，Cr是一种毒性很大的重金属，具有累积性和生物链浓缩特性，可以以离子状态迁移到土壤中，并蓄积于各种生物体内，摄入过多会对人体产生危害。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种用于苯类气体吸附的MOF/PAN复合材料，该复合材料是以聚缩醛胺（PAN）为载体；MOF为组分并且分散在PAN的表面；MOF/PAN复合材料兼具了MOF的高比表面积、大孔容以及PAN具有丰富的苯基官能团的特点，同时，π
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π共轭作用增加了对苯类气体的吸附容量。
[0006]所述MOF/PAN复合材料中PAN质量含量为3.8 wt%~5.7 wt%，优选4.7 wt%~5.2 wt%；更优选5.2 wt%。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供上述用于苯类气体吸附的MOF/PAN复合材料的制备方法，以PAN为载体，加入MOF前驱体溶液均匀混合获得MOF/PAN前驱体溶液，然后通过溶剂热法制得；具体包括如下步骤:a.将单体三聚氰胺、4
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羧基苯甲醛溶解到二甲基亚砜加热至170~180℃并在N2气氛中保持72~80 h，再经分离、干燥并研磨，制得所述PAN；b.将六水氯化铁、对苯二甲酸、N,N
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二甲基甲酰胺按摩尔比2:1:233~236混合均匀，获得所述MOF前驱体溶液，再加入步骤a制得的PAN粉末，在常温下进行超声混合后获得MOF/PAN前驱体溶液；c.将所述MOF/PAN前驱体溶液倒入聚四氟乙烯高压反应釜并置于烘箱中溶剂热反
h，获得未纯化的MOF/PAN复合材料；d.将所得的未纯化的MOF/PAN复合材料加入N,N
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二甲基甲酰胺和70℃热乙醇进行纯化，得到纯化的MOF/PAN复合材料；e.将上述纯化的MOF/PAN复合材料在120℃烘干6 h并研磨，即得所述用于苯类气体吸附的MOF/PAN复合材料。
[0020]本实施例中制备的用于苯类气体吸附的MOF/PAN复合材料，在环境温度25℃，苯气体初始浓度3 g/L，吸附时间为24 h条件下，采用静态保干器法测量对苯气体的吸附量，测得吸附量为1830 mg/g。
实施例2
[0021]a.将0.4 g三聚氰胺、0.72 g 4
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羧基苯甲醛并溶于25 mL二甲基亚砜，加热至180℃并在N2气氛中保持72 h，分别使用N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮、二氯甲烷清洗后真空干燥并研磨，制得所述PAN；b.将0.675 g FeCl3·
6H2O、0.208 g 对苯二甲酸、22.5 mL N,N
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二甲基甲酰胺混合均匀，获得所述MOF前驱体溶液，再加入步骤a制得的PAN粉末0.044 g（PAN与用于吸附苯类气体的MOF/PAN复合材料中的质量含量为4.7 wt%）；c.将MOF/PAN前驱体溶液倒入聚四氟乙烯高压反应釜，置于烘箱中130℃保温24 h，获得未纯化的MOF/PAN复合材料；d.将所得的未纯化的MOF/PAN复合材料加入N,N
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二甲基甲酰胺和70℃热乙醇进行纯化，得到纯化的MOF/PAN复合材料；e.将上述纯化的MOF/PAN复合材料在120℃烘干6 h并研磨，即得所述用于苯类气体吸附的MOF/PAN复合材料。
[0022]本实施例中制备的用于苯类气体吸附的MOF/PAN复合材料，在环境温度25℃，苯气体初始浓度3 g/L，吸附时间为24 h条件下，采用静态保干器法测量对苯气体的吸附量，测得吸附量为1997 mg/g。
实施例3
[0023]a.将0.4 g三聚氰胺、0.72 g 4
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羧基苯甲醛并溶于25 mL二甲基亚砜，加热至180℃并在N2气氛中保持72 h，分别使用N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮、二氯甲烷清洗后真空干燥并研磨，制得所述PAN；b.将0.675 g FeCl3·
6H2O、0.208 g 对苯二甲酸、22.5 mL N,N
‑
二甲基甲酰胺混合均匀，获得所述MOF前驱体溶液，再加入步骤a制得的PAN粉末0.048 g（PAN与用于吸附苯类气体的MOF/PAN复合材料中的质量含量为5.2 wt%）；c.将MOF/PAN前驱体溶液倒入聚四氟乙烯高压反应釜，置于烘箱中130℃保温24 h，获得未纯化的MOF/PAN复合材料；d.将所得的未纯化的MOF/PAN复合材料加入N,N
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二甲基甲酰胺和70℃热乙醇进行纯化，得到纯化的MOF/PAN复合材料；e.将上述纯化的MOF/PAN复合材料在120℃烘干6 h并研磨，即得所述用于苯类气体吸附的MOF/PAN复合材料。
[0024]本实施例中制备的用于苯类气体吸附的MOF/PAN复合材料，在环境温度25℃，苯气体初始浓度3 g/L，吸附时间为24 h条件下，采用静态保干器法测量对苯气体的吸附量，测得吸附量为2341 mg/g。
实施例4
[0025]a.将0.4 g三聚氰胺、0.72 g 4
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羧基苯甲醛并溶于25 mL二甲基亚砜，加热至180℃并在N2气氛中保持72 h，分别使用N,N
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二甲基甲酰胺、丙酮、二氯甲烷清洗后真空干燥并研磨，制得所述PAN；b.将0.675 g FeCl3·
6H2O、0.208 g 对苯二甲酸、22.5 mL N,N
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二甲基甲酰胺混合均匀，获得所述MOF前驱体溶液，再加入步骤a制得的PAN粉末0.052 g（PAN本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基MOF/PAN复合材料，其特征在于，所述铁基MOF/PAN复合材料中聚缩醛胺的质量含量为3.8 wt%~5.7 wt%；所述聚缩醛胺采用如下方法制得：将单体三聚氰胺、4
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羧基苯甲醛用二甲基亚砜溶解，加热至170~180℃并在N2气氛中保持72~80 h，再经分离、干燥并研磨，制得所述聚缩醛胺；其中三聚氰胺与4
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羧基苯甲醛的摩尔比2:3。2.一种如权利要求1所述的铁基MOF/PAN复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法：以权利要求1所述的聚缩醛胺为载体，加入铁基MOF前驱体溶液均匀混合后，获得铁基MOF/PAN前驱体溶液；将铁基MOF/PAN前驱体溶液进行溶剂热反应，即得铁基MOF/PAN复合材料。3.根据权利要求2所述铁基MOF/PAN复合材料的制备方法，其特征在于，所述铁基MOF前驱体溶液包括摩尔比2:1:233~236的六水氯化铁、对苯二甲酸、N,N
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【专利技术属性】
技术研发人员：付猛，王智轩，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：