一种吸附材料ZIF-8的大量制备方法及成型方法技术

一种吸附材料ZIF-8的大批量合成及成型方法，属于吸附材料技术领域。将70-75ml的DMF注入容积为100ml的聚四氟乙烯内衬中，加入摩尔比为1：（2-4）的Zn(NO3)2·6H2O和2-甲基咪唑，充分溶解；凭借自生压力进行晶化反应；从室温经程序升温到预定的晶化温度，然后恒温若干小时；冷却、抽滤洗涤。称取ZIF-8粉放入研钵中，加入粘结剂一同进行充分的研磨；随后加入胶溶剂，然后在研钵中充分研磨，直至材料成为湿润的细粉；将得到的润湿的细粉在压片机上进行压片操作，得到片状ZIF-8材料。本发明专利技术方法合成的ZIF-8结晶度高，吸附性能好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种吸附材料ZIF-8的制备方法及成型方法，属于吸附材料

技术介绍
作为常规的多孔吸附材料，沸石在石油裂解、净水作用以及气体吸附等领域的效益占全球经济的一大部分。然而，沸石为刚性结构，桥氧键相对较短，且缺乏柔性，存在一定缺陷。近年来，一种新型的MOFs材料一咪唑酯-金属-有机骨架材料(ZIFs)引起了人们的注意。该材料结构同沸石的结构极其相似,并且比表面积大、孔容高、水热稳定性好、耐有机溶剂。以上特性使得该材料在气体吸附领域有着极佳的应用前景。然而，通过溶剂热法合成的材料是纳米级粉末状物质，其应用必然面临两个瓶颈:(1)能够大批量合成，且合成方法重复性好；(2)粉状原粉的成型。文献中记载的ZIFs的合成方法均在容积较小的反应器中进行，每次的产量不足0.1go若单纯将反应物的物质的量进行倍数放大，势必会遇到放大效应，将传统的合成方法进行简单的放大，发现材料的特性有很大的变化。图1为ZIF-8材料的标准XRD图，图2为将原方法的物料配比简单放大后合成产品的XRD谱图。两图通过比较可以看出，图2无论是特征峰的位置，还是特征峰的强度均发生了一定的变化，而且在2 Θ =30 40°之间会出现十分明显的杂峰，说明材料的晶型结构也出现了部分偏差(传统的方法及放大后的传统方法见表I下面)。因此，需要对传统的合成方法进行改良。因此，需要就反应条件进行必要的摸索，以求扩大单釜反应量后，所得的材料的性质不会出现大的变化。目前关于ZIFs材料的成`型方法的研究尚属空白，考虑到材料同沸石的结构相似，所以，以催化剂成型为参考，结合材料的自身特性，寻找适当的粘结剂及胶溶剂，对该材料的成型做进一步的研究。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于克服现有技术的缺陷，通过对合成条件的优化，寻找出一种可以大批量合成ZIFs的方法，并且新方法的可重复性要好。本专利技术的第二个目的是确定适宜的成型条件，结合ZIFs原粉的物理化学特性，寻找适合的成型助剂，使材料的吸附特性降至最低。—种吸附材料ZIF-8的大量制备方法，其特征在于，采用溶剂热法，在内置有IOOml聚四氟乙烯内衬的反应爸中进行,具体包括如下步骤:(I)将70-75ml (优选72ml)的DMF (N，N- 二甲基甲酰胺)溶液注入容积为IOOml的聚四氟乙烯内衬中，加入称量好的Zn (NO3) 2.6H20和2-甲基咪唑(优选先加2-甲基咪唑)，并用玻璃棒搅拌均匀，直至充分溶解，其中Zn(NO3)2.6H20的摩尔数为3.0xl0^3-3.5X10_3mol，Zn (NO3)2.6H20和2-甲基咪唑的摩尔比为1:(2_4)，优选1:3 ；(2)将聚四氟乙烯内衬装入不锈钢外套中，拧紧螺丝，凭借自生压力进行晶化反应；从室温经程序升温到预定的晶化温度，然后恒温若干小时；(3)待反应釜冷却至室温时，将合成的晶体进行抽滤，抽滤过程需用DMF溶液冲洗，直至抽滤过程结束。步骤(2)程序升温的速率为2 5°C/min ;晶化温度为100°C 140°C (优选140°C);恒温时间为12h 36h (优选24h)。本专利技术的另一目的，吸附材料ZIF-8的成型方法，其特征在于，包括以下步骤:(I)称取ZIF-8粉放入研钵中，加入粘结剂一同进行充分的研磨；(2)随后加入胶溶剂，然后在研钵中充分研磨，直至材料成为湿润的细粉；(3)将得到的润湿的细粉在压片机上进行压片操作，得到片状ZIF-8材料。所选用的粘结剂为石蜡、粘土、干淀粉、树胶、聚乙烯醇、甲基纤维素、羟乙基纤维素、皂土、高岭土、膨润土、SB粉或田菁粉，优选甲基纤维素和田菁粉；粘结剂的质量为ZIF-8粉质量的5% 20%，优选10% ;选用的胶溶剂有蒸馏水、乙醇、硅胶、丙二醇、硝酸、三氯乙酸、丙三醇、乙二酸或乙酸，优选三氯乙酸，胶溶剂的用量为每0.5g的ZIF-8粉加入0.2-0.5ml胶溶剂，优选每0.5gZIF-8粉加入0.3ml胶溶剂。进一步优选步骤(I)中所用的ZIF-8粉经过预处理，预处理的方法包括如下步骤:将ZIF-8粉状材料在CH3OH溶液中浸泡48个小时，然后进行抽滤处理，并在120°C温度下恒温2个小时。进一步优选所用的ZIF-8粉·均为本专利技术方法制备的ZIF-8粉。上述成型的吸附材料ZIF-8应用于烃类气体的吸附。本专利技术的优点:(I)本专利技术方法合成的ZIF-8结晶度高，材料比表面积大，且提高了产率，可重复性要好，材料的晶型结构、比表面积、孔径分布等特性不发生明显的变化，吸附性能明显提闻。(2) 一般情况下，由于助剂的加入会提高产品的机械强度，但又会大大降低产品的吸附特性，所以，助剂的选择对于产品的后续应用起到了至关重要的作用。粉状材料的成型方法目前大致分为压缩成型、挤出成型、转动成型，喷雾成型等，前两种方法最为常见。由于压缩成型具备成型产品粒径一致、质量均匀、堆积密度高、强度好等优点，本专利技术选择压缩成型的方法对新方法合成出来的粉状ZIF-8进行成型实验。本专利技术制备的成型样品具备机械强度高，成型方法对材料的晶型结构损害小，成型材料比表面积损失少的特点。同时，成型材料对于分子半径比较大的分子具备理想的吸附性能，说明成型材料的气体吸附特性好。附图说明图1ZIF-8材料的标准XRD谱图；其中a为按分子结构模拟的XRD谱图，b为按实验得到的XRD谱图；图2原料配比倍数放大所合成材料的XRD图；图3优化合成条件前后合成产品的N2吸附脱附实验；图4ZIF-8原粉及田菁粉做粘结剂、三氯乙酸做胶溶剂成型产品比表面积；图5ZIF-8原粉及田菁粉做粘结剂、三氯乙酸做胶溶剂成型产品的XRD谱图；(a)ZIF-8原粉；(b)成型样品；图6ZIF-8原粉及甲基纤维素做粘结剂、三氯乙酸做胶溶剂成型产品比表面积；图7ZIF-8原粉及甲基纤维素做粘结剂、三氯乙酸做胶溶剂成型产品的XRD谱图；(a)ZIF-8原粉；(b)成型样品；图8不同温度下成型材料对丙烷气体的吸附性能。具体实施例方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术并不限于以下实施例。实施例1:用天平称量0.9556g的Zn(NO3)2.6H20和0.791g的2-甲基咪唑，二者的物质的量的比近似1:3,用量程为IOOml的量筒称量72ml的DMF。该反应在内置有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中进行。先在聚四氟乙烯的内衬中加入称量好的DMF，然后依次加入事先称量好的2-甲基咪唑和Zn(NO3)2.6H20，用玻璃棒均匀搅拌，直至晶体原料完全溶解；然后将聚四氟乙烯内衬装入水热釜中，将不锈钢外釜拧紧，靠自生压力进行结晶反应；最后，将反应釜放入烘箱中，随室温以5°C /min的升温速率升至140°C，恒温24个小时。将合成的产品抽滤，然后在CH3OH溶液中浸泡48个小时，再在烘箱中干燥2个小时，干燥温度为120°C。表I本专利技术方法和放大的传统方法所得产品的比较权利要求1.一种吸附材料ZIF-8的大批量合成方法，其特征在于，采用溶剂热法，在内置有IOOml聚四氟乙烯内衬的反应爸中进行,具体包括如下步骤: (1)将70-75ml的DMF(N, N-二甲基甲酰胺)溶液注入容积为IOOml的聚四氟乙烯内衬中，加入称量好的Zn(NO3)2.6H20和2-甲基咪唑，并用玻璃棒搅拌均匀，直至充分溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸附材料ZIF?8的大批量合成方法，其特征在于，采用溶剂热法，在内置有100ml聚四氟乙烯内衬的反应釜中进行，具体包括如下步骤：（1）将70?75ml的DMF（N，N?二甲基甲酰胺）溶液注入容积为100ml的聚四氟乙烯内衬中，加入称量好的Zn(NO3)2·6H2O和2?甲基咪唑，并用玻璃棒搅拌均匀，直至充分溶解，其中Zn(NO3)2·6H2O的摩尔数为3.0x10?3?3.5x10?3mol，Zn(NO3)2·6H2O和2?甲基咪唑的摩尔比为1：（2?4）；（2）将聚四氟乙烯内衬装入不锈钢外套中，拧紧螺丝，凭借自生压力进行晶化反应；从室温经程序升温到预定的晶化温度，然后恒温若干小时；（3）待反应釜冷却至室温时，将合成的晶体进行抽滤，抽滤过程需用DMF溶液冲洗，直至抽滤过程结束。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱吉钦，魏浩然，黄巍，刘新斌，郭翔，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：