[发明专利]超疏水金属有机骨架阵列及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种超疏水金属有机骨架阵列的制备方法，所述方法按如下步骤进行：以无机或有机材料为基底，置于有机溶剂中超声、干燥得到预处理的基底；将六水硝酸锌、2‑甲基咪唑及无水甲酸钠溶于乙醇中，超声然后加入所述预处理的基底，在50～150℃条件下反应5～10小时,得到ZnO阵列；将苯并咪唑溶于N,N‑二甲基甲酰胺中，超声然后加入所述的ZnO阵列，在80～140℃条件下反应10h，得到超疏水金属有机骨架阵列。本发明所述的超疏水金属有机骨架阵列可应用于油水分离领域；本发明在没有使用任何低表面能物质修饰的情况下仍达到超疏水，所述阵列具有较高的热稳定性，且对多种油水混合物能够高效分离。

(一)技术领域

本发明涉及超疏水材料制备及含油废水处理的技术领域，具体涉及一种超疏水金属有机骨架阵列及其制备方法与油水分离应用。

(二)背景技术

近年来，超疏水材料的制备与应用受到了人们的广泛关注。超疏水材料不仅具有优异的抗水性，而且在自清洁、金属防腐、防覆冰、油水分离和管道运输减阻等领域具有巨大的应用价值。目前，为了达到超疏水效果，大量低表面能物质被用来制备超疏水表面，尤其是含氟类材料。但是含氟材料价格昂贵且对环境与人体有不利影响，例如，全氟辛烷磺酸由于对生物和哺乳动物种有毒而被欧盟严格限制。而且，有些聚合物制备的超疏水表面在200-300℃高温下会因为结构损坏或低表面能物质分解而丧失超疏水性，而在制备工艺中，有些方法技术繁琐、需要特定设备仪器、基质选择存在局限性。基于这些，利用环境友好型的无氟且热稳定的材料通过简单的方法来制备超疏水表面是非常令人满意的。

金属有机骨架(MOFs)材料由于其独特的性能，如超高的比表面积、优异的吸附性能、结构多样性等而被广泛应用于气体存储、分离和催化等领域。根据不同领域的应用要求，MOF材料被设计成不同的形状，如胶囊、颗粒、核壳结构、膜等。MOF材料能够在体液中被降解而且可用于生物医药，证明其对生物体及环境是友好的。而且MOF材料的润湿性可由配体调控，固有的疏水性框架可以很容易地通过采用疏水基团作为配体实现。目前很多超疏水MOF材料被制备，但是这些超疏水MOF集中于颗粒或粉末等级，而其他结构很少被设计。分等级的阵列结构会使液体在粗糙结构的外表面占据非常有限的接触面积，使液体与基质之间充满空气，从而使表面具有突出的疏水性。ZIF-7具有优异的本征疏水性及热稳定性，是制备超疏水金属有机骨架阵列的理想选择。经构造合适的微纳分等级粗糙结构赋予其超疏水性能。所制备的金属有机骨架阵列在无任何低表面能物质修饰下具有优异的疏水性及热稳定性，能够高效分离多种油水混合物。

(三)发明内容

本发明的目的之一在于提供一种超疏水金属有机骨架阵列及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超疏水金属有机骨架阵列，所述超疏水金属有机骨架阵列具体按如下方法制备得到：

(1)将有机或无机基底浸没于有机溶剂中超声清洗30s～5min，在80℃下干燥得到预处理的基底；所述有机或无机基底为胺化聚偏氟乙烯膜、聚丙烯腈膜、陶瓷膜、不锈钢网、黄铜网或碳布；所述有机溶剂为乙醇、丙三醇、丙酮或N,N-二甲基甲酰胺；

(2)将六水硝酸锌、2-甲基咪唑及无水甲酸钠溶于乙醇中，超声5～10min得到反应混合液，将步骤(1)所得预处理的基底垂直浸没于所得混合液A中，在50～150℃条件下反应5～10小时，反应结束后，将所得产物A经后处理过程得到ZnO阵列；所述的六水硝酸锌、2-甲基咪唑及无水甲酸钠的质量比为1～5：1～2：1；

(3)取苯并咪唑溶于N,N-二甲基甲酰胺中，超声2～5min至混合液B完全澄清，将步骤(2)所得ZnO阵列垂直浸没于混合液B中，在80～140℃条件下反应10小时，反应结束后，所得反应产物B经后处理过程得到超疏水金属有机骨架阵列。

进一步，步骤(1)中，所述有机或无机基底的体积以有机溶剂的体积计为24～60cm³/L；