【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于晶态多孔材料，具体涉及一种自修复氢键有机框架材料及其制备方法和在低浓度氨气检测中的应用。
技术介绍
1、全球经济高速发展带来了化石燃料过度开发和使用带来的环境问题。大气污染导致36％的肺癌死亡和增加急性呼吸道感染的风险。氨气作为污染物广泛存在于工业和畜牧业生产中，已引起全球关注。在各国采取各种措施减少氨气排放并设定排放标准的同时，氢作为高效清洁能源备受关注。尽管氢能开发取得重要进展，氢燃料电池应用面临氢气质量和成本问题。氨分解技术能解决氢储存和运输问题，并可直接用于生产氢气。氨气的高能量密度和低生产成本，以及不含碳元素的特性使其成为制备氢气的有效途径。然而，氨气对人体和环境有害，并需净化和回收来保护环境并节约资源。
2、目前，氨气回收方法主要有溶剂吸收法、催化转化法和吸附法。其中，溶剂吸收法包括化学吸收法和物理吸收法。化学吸收法使用氨气的碱性与酸性物质进行化学反应生成氮肥，速度快、净化度高，但存在腐蚀性强和难再生的缺点。物理吸收法是目前应用最广泛的方法，但存在耗水量大、能耗高、回收率低等缺点。催化分解法将氨气催化分解为氮气和氢气，但能耗高且不易回收。吸附法通过将氨气组分积聚或浓集在多孔固体吸附剂表面进行分离。根据作用力不同，吸附类型主要有化学吸附和物理吸附两种。工业吸附剂具有吸附能力大、选择性高、能再生和重复使用、机械强度高、化学性质稳定、供应量大、价格低的优势。吸附法可以有效去除低浓度氨气，设备简单，去除效率高且可回收有用组分。随着环境保护和绿色可持续发展的重视，吸附材料在气体分离领域的应用前景日渐重
3、近年来，氢键有机骨架(hof)由于其孔径可控、骨架密度低和高比表面积在吸附分离、传感、催化和药物负载领域中受到了极大的关注。hof材料具有可调节的孔道结构，超高的比表面积和孔隙率，同时可以由羧酸位点直接构筑，具有高效捕获低浓度氨气的能力。基于上述情况，本专利技术开发了一种1,3,6,8-四(3-羧基苯)芘为构筑单元，由羧酸和羧酸之间的氢键和π-π之间相互作用形成的微孔fdu-hof-3，fdu-hof-3孔道内富含羧酸位点，因此是的该材料具有良好的氨气吸附性能，并且基于该材料制备的光电化学传感器可以快速和高灵敏度的检测低浓度氨气。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种具有高效的捕获低浓度氨气的氢键有机框架材料及其制备方法，同时该材料具有优异的光电活性，利用该材料构建的光电传感器，实现对低浓度氨气的检测，以填补现有技术的空白。
2、本专利技术提供的高效捕获低浓度氨气的自修复氢键有机框架材料，是以有机溶剂为溶剂，1,3,6,8-四(3-羧基苯)芘为单体，在另一种有机溶剂中通过扩散获得的晶态粉末，之后再通过有机溶剂的交换，最后经过干燥处理得到氢键有机框架材料。将该材料修饰到玻碳电极表面作为光电活性元件，制备光电化学传感器。该传感器可以快速和高灵敏度的检测低浓度氨气。
3、本专利技术提供的高效捕获低浓度氨气的自修复氢键有机框架材料的制备方法，具体步骤如下：
4、(1)以有机溶剂为溶剂，1,3,6,8-四(3-羧基苯)芘为单体，将单体在室温下超声溶解到有机溶剂中，得到饱和的透明溶液；
5、(2)然后再扩散另一种有机溶剂，溶液中逐渐析出黄色的晶体；
6、(3)最后利用有机溶剂洗涤固体产物，再经干燥处理，得到晶态粉末，即为具有自修复能力的氢键有机框架材料，记为fdu-hof-3。
7、本专利技术中：
8、所述有机溶剂选自氮甲基吡咯烷酮和甲醇。例如，步骤(1)中使用氮甲基吡咯烷酮，步骤(2)、(3)中使用甲醇；
9、步骤(2)中所述扩散有机溶剂的时间为3～5天，反应温度为50～90℃；
10、步骤(3)中所述干燥处理的温度为90～100℃，干燥时间为10～12h。
11、对得到的fdu-hof-3进行物化性质表征、稳定性和氨气吸附循环性能测试，具体为：所述氨气吸附为静态吸附，吸附条件为室温，吸附压力为0～1bar。
12、本专利技术制备的氢键有机框架材料具有微孔、丰富的羧酸位点，具有优异的光电活性和化学稳定性。将低浓度氨气引入孔内后，只需在真空条件下加热去除氨气后就会恢复到初始的状态，具有良好的循环利用性。该材料对氨气表现出优异的捕获性能，室温条件下在25mbar氨气吸附容量达到8.13mmol/g，在相同条件下且对于氮气、氧气和二氧化碳的吸附量不到0.5mmol/g，性能优于大多数多孔材料。
13、进一步地，将上述制备的氢键有机框架材料修饰到玻碳电极表面作为光电活性元件，制备光电化学传感器。该光电化学传感器可以快速和高灵敏度的检测ppm级氨气。
14、光电化学传感器的制备：通过超声处理将fdu-hof-3分散在超纯水中，随后，滴涂于洁净的玻碳电极表面，在烘箱下自然干燥，用超纯水清洗电极表面并干燥后，得到低浓度光电化学传感器，记为fdu-hof-3/gce。
15、本专利技术所制备的自修复的氢键有机框架材料具有合适的孔径和裸露的酸性位点，以及良好的化学和热稳定性。该材料还具有良好的氨气循环吸附能力，仅通过简单真空加热处理就能恢复初始的氨气吸附容量，对氨气的响应速度也非常快，酸碱的化学作用促使了这一现象的产生。同时该材料也可以加工到玻碳电极上，形成成光电化学传感器，可实现对氨气快速、高灵敏度、高选择性检测。
16、说明书附图
17、图1为实施例1中fdu-hof-3制备流程图。
18、图2为实施例1中fdu-hof-3的粉末x射线衍射图(pxrd)。
19、图3为实施例1中fdu-hof-3的77k下氮气吸附曲线图。
20、图4为实施例1中fdu-hof-3的孔径分布图。
21、图5为实施例1中fdu-hof-3的热重分析曲线图(tga)。
22、图6为实施例2中fdu-hof-3的氨气、二氧化碳、氮气和氧气的吸附曲线图。
23、图7为实施例2中fdu-hof-3的氨气循环吸附性能图。
24、图8为实施例2中fdu-hof-3的吸附氨气前后的pxrd图。
25、图9为实施例2中fdu-hof-3的吸附氨气前后的红外光谱图(fiir)。
26、图10为实施例3中fdu-hof-3/gce对250ppm氨气光电流响应图。
27、图11为实施例3中fdu-hof-3/gce识别氨气的光电流线性图。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种自修复氢键有机框架材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自氮甲基吡咯烷酮和甲醇。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中使用氮甲基吡咯烷酮，步骤(2)、(3)中使用甲醇。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述扩散有机溶剂的时间为3～5天，反应温度为50～90℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述干燥处理的温度为90～100℃，干燥时间为10～12h。
6.由权利要求1-5之一所述制备方法得到的自修复氢键有机框架材料，具有高效吸附低浓度氨气的特性，具体为：氨气吸附为静态吸附，吸附条件为室温，吸附压力为0～1bar。
7.如权利要求6所述的自修复氢键有机框架材料在检测低浓度氨气中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，是将所述氢键有机框架材料修饰到玻碳电极表面作为光电活性元件，制备光电化学传感器，该光电化学传感器可实现快速和高灵敏度的检测低浓度氨气。p>...
【技术特征摘要】
1.一种自修复氢键有机框架材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自氮甲基吡咯烷酮和甲醇。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中使用氮甲基吡咯烷酮，步骤(2)、(3)中使用甲醇。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述扩散有机溶剂的时间为3～5天，反应温度为50～90℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述干...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。