[发明专利]MWCNTs@PAA@MOF‑5复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种MWCNTs@PAA@MOF-5复合材料的制备方法，该复合材料可作为香烟过滤嘴中降低焦油含量的吸附材料。

背景技术

伴随着公众对吸烟与健康问题的日益关注，卷烟烟气中释放的有害成分也成为人们关注的焦点问题，其释放量逐渐成为评价卷烟危害性大小的基本参数。焦油是卷烟烟气中除水分和烟碱以外的部分，是卷烟烟丝中的有机物质在缺氧条件下不完全燃烧产生的，是由多种烃类及烃的氧化物、硫化物和氮化物等组成的复杂化合物，一般认为卷烟烟气中的有害成分主要集中在焦油中。在现有条件下，提高香烟过滤嘴的过滤效果是实现降焦减害的有效途径之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于香烟过滤嘴中的多壁碳纳米管（MWCNTs）@聚丙烯酸（PAA） @MOF-5复合材料的制备方法，得到的MWCNTs@PAA@MOF-5复合材料对卷烟烟气具有良好的降焦减害的能力。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：用化学修饰法制备出复合物多壁碳纳米管/聚丙烯酸(MWCNTs/PAA)，用溶剂热法合成MOF-5 [Zn₄O (1, 4-benzenedicarboxylate)₃] 和MWCNTs/PAA /MOF-5复合材料，具体步骤如下：

一种MWCNTs@PAA@MOF-5复合材料，该复合材料是以多壁碳纳米管为晶体生长的“异相”核，在其上接枝上聚丙烯酸，金属离子 “铆接” 在多壁碳纳米管表面，有机配体在多壁碳纳米管表面形成金属有机框架材料，复合材料的尺寸为50～1000μm。

一种MWCNTs@PAA@MOF-5复合材料的制备方法，步骤如下：

（1）MWCNTs/PAA复合材料的制备：将羧基化的MWCNTs加入去离子水得到浓度为0.0005～0.005g/mL的MWCNTs溶液，超声处理1.5~2.5h，然后加入丙烯酸（AA）和过硫酸铵（APS）得到混合溶液，抽真空，通N₂，在60~70℃的条件下反应45~50h，离心、水洗、干燥后得到MWCNTs/PAA复合材料；

（2）MWCNTs/PAA/MOF-5复合材料的制备：将Zn(NO₃)₂·6H₂O 室温下溶解在 DMF中得到浓度为0.025~0.05g/mL的含Zn(NO₃)₂的DMF溶液，然后加入MWCNTs/PAA复合材料，在55~65℃的条件下磁力搅拌20~30 h，再加入对苯二甲酸（H₂BDC），室温搅拌20~30 h，将溶液转移到反应釜中，在115~125℃的条件下静置18~24 h，离心收集、干燥制得 MWCNTs/PAA/MOF-5复合材料。

所述步骤（1）中1mL混合溶液中丙烯酸的含量为0.03mL。

所述步骤（1）中混合溶液中APS的浓度为0.0002~0.0006 g/mL。

所述步骤（1）中的抽真空和通N₂重复操作 3 次以上。

所述步骤（2）中Zn(NO₃)₂·6H₂O、MWCNTs/PAA复合材料和对苯二甲酸（H₂BDC）的质量比为1.4~1.5:0.01~0.03:0.3~0.5。

所述步骤（1）和步骤（2）中的干燥是在55~65℃的真空烘箱中干燥20~30小时。

MWCNTs@PAA@MOF-5复合材料在香烟过滤嘴中的应用。

本发明的机理为：本发明提供了一种应用于香烟过滤嘴能够降低卷烟烟气中焦油含量的吸附材料-多壁碳纳米管@聚丙烯酸@MOF-5的制备方法，该复合材料尺寸在50～1000微米之间，是以多壁碳纳米管为晶体生长的“异相”核，在多壁碳纳米管上接枝聚丙烯酸增大多壁碳纳米管外表面上羧基的含量；由于聚丙烯酸被接枝在多壁碳纳米管表面使得金属离子（锌Zn²⁺等）在多壁碳纳米管表面能够有效“铆接”；由于多壁碳纳米管表面有金属离子(锌Zn²⁺等)的有效“铆接”，使得有机配体能够在多壁碳纳米管表面形成金属有机框架材料（MOF）；具有一定孔径大小的金属有机框架材料（MOF）具备有效吸附焦油中一定尺寸大小有机分子的能力，从而对卷烟烟气起到降焦减害焦油的作用。