[发明专利]一种MOF-808-SH/CMC泡沫复合材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了材料合成领域内一种MOF‑808‑SH/CMC泡沫复合材料的制备方法与应用，先通过微波辅助法快速合成MOF‑808粉末，经巯基改性后得到MOF‑808‑SH粉末，然后以机械化学法把MOF‑808‑SH均匀负载在CMC基底上，最后通过冻干法形成泡沫形状，整个制备过程工艺简单，生产效率高，便于大规模生产，且制得的MOF‑808‑SH/CMC复合材料呈泡沫状，可用作去除水体中汞元素的吸附剂，吸附效果好，结构稳定性高，便于回收分离，不会造成次生污染。

技术领域

本发明涉及材料合成领域，特别涉及一种MOF-808-SH/CMC泡沫复合材料的制备方法与应用。

背景技术

金属有机骨架材料（Metal-organic frameworks，MOF）以其超高的表面积、高孔隙率、结构可调性在环境领域得到了广泛的应用。MOF-808-SH是一种经巯基改性的Zr基MOF，具有优异的水稳定性、化学稳定性和耐酸碱性的能力。同时它对重金属有很好的吸附能力。羧甲基纤维素（CMC）是一种低成本、无毒的生物基聚合物，绿色环保。它是一种纤维素衍生物，富含大量羟基基团。

汞元素是一种剧毒污染物质，危害环境。为消除汞污染对环境带来的负面影响，控制水体中汞元素的含量是一个关键问题。然而，作为实际环境处理应用的材料，MOFs通常面临无法大规模生产和难以回收循环利用的问题，限制了MOFs的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种MOF-808-SH/CMC泡沫复合材料的制备方法与应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种MOF-808-SH/CMC泡沫复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将ZrCl₄和H₃BTC按照摩尔比3 : 1的比例，分别溶解在体积比为1 : 1的甲酸、DMF中，各自溶解后混合超声10-30 min，将溶液倒入烧瓶后放入400 W下微波炉中运行5-12min，得到白色的反应后溶液，离心，DMF洗涤数次，70 ℃下干燥，得到白色MOF-808粉末；

（2）将MOF-808粉末在150 ℃下活化8-12 h，按照体积比为1：（1-5）的比例，将巯基乙酸溶解在DMF中，超声5-30min，再加入活化后的MOF-808粉末，超声5-30min，将混合液加热至70 ℃，在氮气条件下保持24 h，离心，分别用DMF和丙酮洗涤数次，60 ℃下真空干燥，得到MOF-808-SH；

（3）将MOF-808-SH分散在体积比为2 : 3的DMF和丙酮的混合液中，超声10-30min，旋转蒸发去除溶剂，加入超纯水，然后超声处理10-30 min；

（4）将CMC放入超纯水中搅拌至形成粘稠白色混合溶液，加入步骤（3）的溶液，搅拌至完全均匀分散，得到前驱体溶液；

（5）将前驱体溶液放入聚四氟乙烯烧杯中，预冻6-12 h，然后在真空下冷冻干燥24-48 h，得到产物泡沫形状的MOF-808-SH/CMC复合材料。

本发明的MOF-808-SH/CMC泡沫复合材料的制备方法，先通过微波辅助法快速合成MOF-808粉末，经巯基改性后得到MOF-808-SH粉末，然后以机械化学法把MOF-808-SH均匀负载在CMC基底上，最后通过冻干法形成泡沫形状，整个制备过程工艺简单，生产效率高，便于大规模生产，尤其是相比于合成MOF-808的经典方法，本发明中的MOF-808合成方法快速简便，大大缩短了反应时间。此外，本发明制得的MOF-808-SH/CMC复合材料呈泡沫状，具有优异的稳定性，便于回收利用，因此可实际应用到环境污染修复中。