[发明专利]一种HKUST-1衍生碳材料HDC以及制备方法

说明书

本发明公开了一种HKUST‑1衍生碳材料HDCHDC及其制备方法。制备方法包括以下步骤：步骤S1.取Cu(NO₃)₂·3H₂O，溶解在去离子水中混匀，得A浆，其中Cu(NO₃)₂·3H₂O与去离子水的固液比为0.05～0.1g/mL步骤S2.取H₃BTC，溶解在乙醇中，搅拌混匀，得B浆，其中H₃BTC和乙醇的固液比为0.015～0.07g/mL。步骤S3.将B浆加入到A浆中，搅拌混匀，得C液。步骤S4.将C液转移至水热釜中，置于烘箱内加热，得到具有蓝色粉末状沉淀物的D液。步骤S5.对D液进行过滤，用乙醇反复洗涤。步骤S6.将洗涤后产物真空干燥，得到蓝色粉末E。步骤S7.将E进行炭化，得到HDC材料。该制备方法操作简便，产物易得，制备得到的材料HDC具有较强的稳定性和吸附能力，有利于对水体中抗生素的吸附。

技术领域

本发明涉及金属有机骨架材料技术及碳化衍生物技术领域，特别涉及一种HKUST-1衍生碳材料HDC及其制备方法。

背景技术

金属有机骨架聚合物(Metal-organic Frameworks，MOFs)是由不同金属离子和有机结合配体通过配位键组成的一类具有重复网格结构的类沸石材料。相较于传统的无机多孔材料，MOFs具有多孔结构和较大的比表面积，在吸附方面优势显著。MOFs材料的孔径可调节，且功能基团具有可变性。目前MOFs材料的制备方法有溶剂热法、微波和超声法、机械搅拌法等。第一代含氮含氮杂环类配体的MOFs材料出现了在除去客体分子后，多孔结构出现坍塌的情况，而目前已研究出的新一代MOFs材料，选择稳定性良好的羧酸类配体，具备足够刚性的多孔框架。不同目的基团的选择与修饰使得MOFs材料极具多样性，广泛应用于氢气存储、药物运载、催化反应、生物传感器、超级电容器、污染物吸附等领域。

HKUST-1是一种典型MOFs材料，化学式为Cu₃(C₉H₃O₆)₂，在1999年首次合成。这一孔性配合聚合物由有机配体均苯三酸和含Cu的金属硝酸配合物组成，它的轮桨式次级结构单元交错联结构成了三维网状结构，是目前最早被人熟知的具有面心立方晶体配位结构的MOFs之一。HKUST-1有较大的比表面积和孔隙率，金属活性位点在活化之后裸露，可实现有效催化。但现有HKUST-1材料的缺陷在于，在水溶液中不稳定，易分解或形成互穿结构，不利于水中污染物的吸附。在处理水体抗生素污染方面，难以进行实际的应用。鉴于此，本发明以HKUST-1为前驱体，制备一种性能更加稳定的衍生碳材料。

高温炭化是合成衍生碳材料的直接方式，即在惰性气体的环境下，由高温热解处理前驱体，除去易挥发物质，在不同的煅烧温度下，被除去的组分不同，从而继承或进化出独有的微观结构。这一方式工艺简单、应用广泛，对于MOFs而言，由于其周期性排列的骨架结构，在热解过程中可进行主客体的组装，保留自身孔道并便于小分子进入。炭化得到的MOFs衍生碳基材料具有高度的可调控性，该类材料的制备和应用极具研究前景。HKUST-1衍生碳可以显著改善HKUST-1的稳定性，且具有更加优异的吸附性能，这为该材料在水污染处理上的广泛应用提供了更多的可能。

发明内容

鉴于现有HKUST-1材料存在的缺陷，本发明的目的在于提供一HKUST-1衍生碳材料HDC以及制备方法，为一种HKUST-1衍生的多孔碳材料，旨在完善现有的HKUST-1衍生碳材料HDC制备方法的缺失，并改善HKUST-1在水溶液中不稳定、易分解、吸附量较小的缺陷。

为达到上述目的，采用的技术方案是：

一种HKUST-1衍生碳材料HDC的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1.取Cu(NO₃)₂·3H₂O，溶解在去离子水中混匀，得A浆；