[发明专利]一种双MOF/生物质基多功能复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种制备双MOF/生物质基多功能复合材料的方法，其制备方法是：以有机配体、金属盐、表面活性剂、溶剂和生物质为主要原料，在生物质基体中通过逐层生长的方法构筑双MOF/生物质基多功能复合材料。采用上述制备方法得到的复合材料可实现两种不同组分的MOF在生物质上有效负载。相比于单一MOF材料，双MOF材料具有更加优异的电化学性能和稳定的结构，可以结合各个组分的良好特性以及表现出出色的协同效应。本发明构筑的双MOF/生物质复合材料具有吸附、分离、催化、储能、传感等多功能能特性，可应用于有机物降解、废水处理和绿色建筑等领域。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别是涉及一种双MOF/生物质基多功能复合材料的制备方法。

背景技术

金属有机框架(MOF)由于大比表面积、丰富的活性位点、结构可调等优点，被广泛应用于吸附、分离、催化、储能、传感等领域。近年来，相比单一MOF材料，双MOF材料由于具有更加优异的电化学性能，更加稳定的结构，可以结合各个组分的良好特性以及表现出优异的协同效应，越来越受到人们的关注。典型的核-壳ZIF-8@ZIF-67被成功用于吸附、储能、催化等领域，ZIF-67@UiO-66双MOF复合材料是良好的电催化全分解水材料。然而，双MOF材料仍然面临着难以回收问题和可操作性差等问题。而生物质其足够的孔隙率为制造高性能功能复合材料提供了理想的载体，基于此，通过逐层生长的制备方法构筑出不同结构的双MOF/生物质基多功能复合材料。不仅解决了传统MOF材料的缺点，还提升了生物质材料的利用价值。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双MOF/生物质基复合多功能材料的制备方法。所述制备方法简便，负载率高，晶粒尺寸可调，两种MOF组分比例可控等特点，由于双MOF/生物质复合材料具有超高的比表面积和复杂的结构特点，使其具有吸附、分离、催化、储能、传感等复合功能特性。可应用于有机物降解、废水处理和绿色建筑等。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双MOF/生物质基多功能复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)生物质原料干燥处理或NaOH溶液处理；

步骤(2)将有机配体、金属盐按一定比例溶解在溶剂中，搅拌均匀，然后将步骤(1)中处理后的生物质原料加入到上述混合溶液中，并转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在烘箱中加热到一定温度，待反应结束后冷却至室温、洗涤、干燥，得到单一MOF/生物质基多功能复合材料；

步骤(3)将步骤(1)中处理后的生物质原料加入到MOF前驱体溶液中，在一定温度下搅拌一定时间后，洗涤、干燥，得到单一MOF/生物质基复合材料。

可选地，为构筑双MOF生物质基多功能复合材料，可以步骤(2)和步骤(3)中两种方法重复进行或交替进行。

可选地，步骤(1)中，所述生物质原料为木材、棉花、竹材等。其中，木材包括杨木、轻木、杨木、杉木、橡胶木和桦木等；棉花包括粗绒棉、长绒棉和细绒棉；竹材包括刚竹、斑竹、箭竹、毛竹、紫竹和凤尾竹等。

可选地，步骤(1)中，生物质原料干燥温度为40～120℃，干燥时间为1～48h；NaOH溶液质量分数为1％～40％，处理时间为1～48h。

可选地，步骤(2)中，所述有机配体为对苯二甲酸、均苯三甲酸、均苯四甲酸和2-甲基咪唑等；所述金属盐为Ca、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Cu、Ni、Mn、In、Ga或Zr等金属的氯盐、硝酸盐或硫酸盐；所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、去离子水、乙二醇、丙三醇等。

可选地，步骤(2)中，所述有机配体与金属盐摩尔比为(1～12)：1，溶剂为1～200mL；所述搅拌为磁力搅拌，搅拌时间为1～120min，搅拌速率为1000～3000r/min。

可选地，步骤(2)中，所述加热温度为40～220℃，反应时间为1～72h。