[发明专利]一种MOF多孔泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MOF多孔泡沫材料及其制备方法。将CMC与H₂O加入容器中，机械搅拌即得到CMC凝胶。取均苯三酸溶于无水乙醇中，超声溶解，记为溶剂A。取Cu(OAc)₂溶于H₂O中，再加入冰醋酸，超声使其充分溶解，记为溶液B。将溶液A滴加入CMC凝胶中，机械搅拌，然后将溶液B缓慢滴加到之前的溶液中继续搅拌，挥发有机溶剂后，将混合溶液倒入插有斜角金属片的聚四氟乙烯模具中，密封后放置于装有液氮中，速冻后快速放入冷冻干燥机，最后取出即可得到MOF多孔泡沫材料。本发明利用BTC改进了纯CMC的性质，采用原位生长，使MOF晶体均匀分散在混合溶液中，运用冰凝冷冻法，显著提高了MOF复合材料在网状结构上附着吸附力和均匀分散度，并用于去除有机废水中的重金属离子。

技术领域

本发明属于新型功能材料领域，具体涉及多孔泡沫材料及其制备方法。

背景技术

金属-有机框架(Metal-Organic Frameworks)，简称MOF，是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。

金属有机框架(MOF)材料是一类新兴的纳米多孔材料，如何研发出绿色环保及简便的制备方法对于其工业应用具有重要的意义。随着MOF材料种类的日益增多以及复合MOF材料的逐渐兴起，MOF材料将有不可估量的应用前景。

由于一般的MOF晶体为粉末状，不易成型，这限制了MOF材料在吸附上的应用，因此这成为其在工业生产中亟待解决的难题之一。如果利用生物质材料羧甲基纤维素钠(CMC)与均苯三酸(BTC)的相互作用，形成三维致密均匀的网状结构，采用原位生长的方法将MOF晶体生长在其表面，即可起到包裹并固定晶体的作用，又可促进晶体的生长，而且CMC-BTC与MOF晶体的协同作用可增大其的吸附能力。CMC与BTC的相互作用为MOF晶体的生长提供了坚韧的骨架支撑，使其形成MOF多孔泡沫材料，从电镜结构观察可知其具有分布均匀的纳米级孔隙结构，在网状结构上均匀地分布着大小均一，形态规则的MOF晶体。宏观上在有机溶剂中不溶解，结构不坍塌，因此可直接利用该材料在高浓度有机废水中进行吸附重金属离子，这将为解决目前治理重金属工业污水的技术难题提供有力的技术参考。

发明内容

本发明针对现有多孔泡沫材料吸附分子分布不均匀和吸附力弱，且泡沫材料易收缩变形等问题而导致复合材料循环性能差等问题，提供一种MOF多孔泡沫材料及其制备方法。利用CMC与BTC之间相互的聚合作用，使CMC表面由片状光滑的结构改性成具有均匀孔隙大小的结构；利用原位合成法，使得MOF晶体被网状结构包裹，晶体尺寸增大，采用冰凝冷冻法将其复合材料中的冰晶模板完整保存下来，抽真空后，冰晶消失留下相对位置的孔隙，以此获得高孔隙度和强吸附结合的MOF多孔泡沫材料。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种MOF多孔泡沫材料，该材料具有纳米级孔10～15nm的孔道，其纳米级孔对MOF分子具有强吸附作用力及包裹能力，且CMC含有羟基的结构还能够用于有机废水中的重金属离子的沉降，所制得的MOF多孔泡沫材料的BET比表面积在550～570m²/g，其孔平均孔径在10～15nm，晶体尺寸为1～5μm，其晶体结构为形状大小均一的规则正八面体结构，晶体表面被网状结构包裹。

本发明的MOF多孔泡沫材料的制备方法，包括如下步骤，

(1)CMC凝胶的制备：将CMC与H₂O分多次加入圆底烧瓶中，装置密封后置于水浴锅中机械搅拌；

(2)BTC溶液的制备：取BTC溶于无水乙醇中，超声使其充分溶解，记为溶剂A；

(3)Cu(OAc)₂溶液的制备：取Cu(OAc)₂溶于H₂O中，再加入冰醋酸，超声使其充分溶解，记为溶液B；