[发明专利]一种PAM/MOF/COF复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种用于污染物吸附的PAM/MOF/COF复合材料及其制备方法、应用。先合成MOF晶体材料，再合成PAM/MOF材料，最后引入亚胺类COF材料，形成用于污染物吸附PAM/MOF/COF复合材料。本发明能够得到高度结晶的分级孔结构的PAM/MOF/COF复合材料，在吸附污染物小分子的时候会有层层递进的效果，而且片层中间会形成纳米限域效应，提升催化性能。PAM核层作为吸附点，MOF作为过滤层，进行污染物的过滤和吸附。PAM还起到稳定MOF晶体的作用，提高复合材料的均匀稳定性。COF的稳定外壳结构使MOF在进行过滤和吸附过程中不会造成结构坍塌，维持原有骨架的形状。本发明的PAM/MOF/COF复合材料用于污染物吸附，吸附效率提升达20％以上。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种PAM/MOF/COF复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

聚丙烯酰胺(PAM)，是一种线型高分子聚合物，化学式为(C3H5NO)n。在常温下为坚硬的玻璃态固体。具有热稳定性良好、能以任意比例溶于水等特点。聚丙烯酰胺作为润滑剂、悬浮剂、粘土稳定剂、驱油剂、降失水剂和增稠剂，在钻井、酸化、压裂、堵水、固井及二次采油、三次采油中得到了广泛应用，是一种极为重要的油田化学品。金属-有机框架材料(MOF)是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配位体支撑构成空间3D延伸。MOF在催化、储能和分离中都有广泛应用。共价有机骨架(COF)是一类结晶性的有机多孔材料，基于可逆化学反应将功能单元以共价键的形式连接成高度有序的二维层叠层结构或特定的三维拓扑结构。

有机污染物排放会导致严重的水质恶化和水资源短缺。全球每年会产生数亿吨高浓度的残留染液，这些染液进入自然水体被稀释后会产生大量有色废水，摧毁水生态系统。其中，很多活性染料的化学稳定性极高(半衰期甚至长达几十年)，几乎无法自然降解，对水环境的危害很高，因此处理难度大，处理过程复杂。现有技术中有采用Zr-MOF材料来吸附处理活性染料和阳离子染料污染物的方法，但是，该方法存在吸附容量小的缺点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种PAM/MOF/COF复合材料，包括有由内至外依次设置的PAM、MOF、COF，所述MOF为UiO-66-NH₂晶体，所述COF为亚胺类COF材料，所述PAM包裹在MOF内部形成核壳结构，所述亚胺类COF材料通过化学键连接MOF。

作为上述技术方案的优选，所述亚胺类COF材料为TAPB-COF或TPE-COF。

PAM/MOF/COF复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，聚丙烯酰胺表面活化：将一定比例的PAM和氢氧化钠在80℃-120℃温度下搅拌反应3-4小时，然后洗涤、干燥；

步骤2，通过原位方法组装成均匀稳定的UiO-66-NH₂晶体；

步骤3，将UiO-66-NH₂晶体加入到高压釜中，在110-130℃温度下搅拌22-26小时，合成具有核壳结构的UiO-66-NH₂-聚丙烯酰胺复合材料；

步骤4，将亚胺类COF材料加入到高压釜容器中，在8-16小时内温度保持在100-200℃，得到高度结晶分级孔结构的PAM/MOF/COF复合材料。

作为上述技术方案的优选，所述步骤1中反应温度为90℃，搅拌3时间。

作为上述技术方案的优选，所述步骤3中温度为120℃，搅拌24时间。

作为上述技术方案的优选，所述步骤4中温度为150℃，并搅拌8时间。

PAM/MOF/COF复合材料的应用，将PAM/MOF/COF复合材料用于吸附具有线型结构小分子有机污染物。