[发明专利]一种磁性共价有机框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种磁性共价有机框架材料的制备方法及其应用，所述磁性共价有机框架材料是以哌嗪和三聚氯氰为构筑单元，形成共价有机框架，然后负载在磁性四氧化三铁表面所形成的有机框架材料，本发明较好地解决了共价有机框架材料现有的粒径小、稳定性差和难以从水体中分离的问题。本发明采用溶剂热法，以具有磁性的四氧化三铁纳米颗粒为载体，先将其浸入含有哌嗪的配体溶液中，然后滴加三聚氯氰配体溶液，在恒温条件下进行水热反应，得到磁性共价有机框架材料。本发明设计的材料具有在水中的可分离能力强、对水体污染物吸附量大、机械强度高以及环境友好等特点。

技术领域

本发明涉及一种磁性共价有机框架材料及其制备方法和应用，属于有机大分子材料合成领域。

背景技术

共价有机框架材料(Covalent Organic Frameworks,COFs)是一种晶型的、纯有机的、共价键连接的多孔材料。这类材料有很优异的特性，骨架之间有很强的共价作用力。同时，由于这类材料只有轻质元素组成，因此有较低的重量密度。由于具有较低的密度、较高的化学稳定性(耐高温、耐潮湿、耐酸碱)、较大的比表面积以及易于功能化等特点，COFs材料在吸附、分离、气体捕获及存储、催化、光电性质、生物化学以及药物负载等领域都有着极为广泛的应用前景。例如中国专利申请号为201510622807.3，申请公布日为2017年4月5日的专利申请文件公开了一种具有噻二唑基团的新型共价框架材料的制备及其在CO₂存储方面的应用技术。但是，将MOFs材料作为吸附剂直接应用于水体时，会存在一些缺陷：常见MOFs多为纳晶或微晶结构，由于尺寸很小，很难从水体中分离。将COFs材料复合到其他材料之中，可以提高其在水体中的分离能力。例如中国专利申请号为201610471193.8，申请公布日为2016年11月16日的专利申请文件公开了一种具有核壳结构的共价有机框架磁性复合微球及其制备方法，核壳式复合微球的核为四氧化三铁磁性粒子，壳为具有有序多孔结构的共价有机框架，从而具有尺寸均一、高分散性、高磁响应性以及高度有序多孔性等特点。

COFs材料具有确定的构建方式，材料的结构可以根据单体的类型和构建方式来预测，控制孔径的大小可以通过改变构筑单元的大小或者调节其侧链长度。COFs材料的这种丰富的空间拓扑结构、可设计性、结构可调控性、高比表面积和低密度等特点，使其在气体储存、多相催化、光电器材等领域展现出潜在的应用前景。目前对于COFs的研究重点集中在单体设计、合成方法和构建方式上，通过设计具有特殊性能的构筑单元从而合成不同结构和应用性能的COFs材料。

发明内容

发明目的：

针对现有的COFs在应用时存在稳定性差、难于分离回收等问题，本发明提供一种新型磁性共价有机框架材料及其制备方法和应用。本发明采用溶剂热法，在四氢呋喃溶液中加入哌嗪、三聚氯氰以及磁性Fe₃O₄纳米颗粒，恒温水浴反应得到磁性共价有机框架材料。具有稳定性好、吸附容量大、易于从水体中分离等优点。

技术方案：

为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种磁性共价有机框架材料，其共价有机框架的结构如下式(I)所示：

所述磁性共价有机框架材料是以哌嗪和三聚氯氰为构筑单元，形成共价有机框架，然后负载在磁性四氧化三铁表面所形成的有机框架材料。

第二方面，本发明提供了所述的磁性共价有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：

首先，制备稳定的哌嗪溶液和三聚氯氰溶液，然后向哌嗪溶液中加入四氧化三铁磁性颗粒，进行超声震荡，加热回流，再恒压滴加三聚氯氰溶液，控制温度反应，得粗产品，最后将粗产品去除杂质，烘干，即得。

更具体的制备方法，包括以下步骤：