[发明专利]一种磁性MOF‑5纳米复合吸附剂的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于无机有机纳米复合材料制备技术及现代分离分析技术领域，特别涉及一种磁性金属有机骨架纳米复合吸附剂的微波辅助一锅法快速制备及其应用。

技术背景

利用溶剂热法制备的超顺磁性的油相Fe₃O₄纳米颗粒因粒径较小、化学稳定性好、大小均一、并且在实验过程中操作简单、省时快速以及具有较强的磁性等特点，其在分析化学领域受到很多的关注(Yingxin Ma,Sheng Huang,Leyu Wang,Multifunctionalinorganic–organic hybrid nanospheres for rapid and selective luminescence detection of TNT in mixed nitroaromatics via magnetic separation，Talanta，2013，116，535-540)。

金属有机骨架材料(MOFs)是通过金属离子或者金属簇与有机配体之间相互作用，组装形成多孔的微米或者纳米材料，由于具有比表面积高、化学稳定性或物理稳定性好、孔径大小的可调以及内外孔道的基团的可修饰等优异性能在储气，载药，化学传感、催化以及富集分离检测等领域得到很多的研究及应用(ValentinValtchevand LubomiraTosheva，Porous Nanosized Particles:Preparation,Properties,andApplications，Chem.Rev.,2013,113,6734-6760)。

结合MOFs的超高吸附能力及Fe₃O₄纳米粒子的磁分离功能，有效地将超顺磁性的磁性纳米粒子和金属有机骨架材料结合起来，制备稳定高效的的复合吸附剂，从而有效地增强环境中有毒有害物质的萃取以及使操作更加简便，在分析化学领域受到广泛关注。

微波辅助合成技术是指在微波作用下，利用其快速加热、均质与选择性等特点应用于现代有机合成中的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于配位键作用的磁性金属有机骨架纳米复合吸附剂的微波辅助一锅法快速制备及其应用于环境样品及食品等基质中多种有害有机 物(如多农药残留)的快速富集、分离及检测，构建高灵敏度、高效、方便的痕量有机物的分析检测方法。

本发明的技术方案为：首先采用硫酸亚铁铵为原料制备具有超顺磁性、大小均一的Fe₃O₄纳米颗粒；在Fe₃O₄纳米颗粒表面修饰一层高分子聚乙烯吡咯烷酮；然后加入对苯二甲酸溶液中，并与可溶锌盐的N,N-二甲基甲酰胺溶液混合均匀，利用Fe₃O₄纳米颗粒表面聚乙烯吡咯烷酮结构中的羰基与金属有机骨架中锌离子的配位作用，采用微波辅助一锅法快速制备得到具有磁性的金属有机骨架纳米复合物。

本发明所述的磁性MOF-5纳米复合吸附剂的制备方法，其具体制备步骤为：

(1)Fe₃O₄纳米颗粒的制备：配制浓度为0.1-10mol·L^-1的氢氧化钠水溶液1-20mL，依次加入1-20mL的乙醇和1-20mL的油酸，然后再加入1-20mL浓度为0.01-1mol·L^-1的硫酸亚铁铵水溶液，室温下，搅拌10-30min，将搅拌均匀的混合溶液转入高压反应釜中，100-300℃条件下结晶1-30h，自然冷却至室温，用环己烷和乙醇洗涤后，分散于0.1-10mL氯仿中，即为超顺磁性的、大小均一的Fe₃O₄纳米颗粒分散液；

(2)聚乙烯吡咯烷酮修饰的磁性Fe₃O₄的制备：向1-50mL浓度为0.0035-0.025mmol·L^-1的聚乙烯吡咯烷酮氯仿溶液中加入0.01-1mL步骤(1)得到的Fe₃O₄纳米颗粒分散液，室温下搅拌1-48h；然后用正己烷和氯仿洗涤，最终沉淀分散于0.5-20mL甲醇溶液中，即为聚乙烯吡咯烷酮修饰的磁性Fe₃O₄分散液；