[发明专利]一种快速合成MOFs纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔无机膜技术领域，涉及到一种新型的微通道流动法快速制备ZIF-8MOFs纳米粒子。

背景技术

金属有机骨架(MOFs)材料具有超高比表面积和巨大的孔容，可实现各类气体的高容量储备，同时其孔径结构上的高度规整性、以及表面基团的可调节性可实现多种气体以及液体的高效分离，并可大大改善其材料吸附容量及其动力学性能。因此，将MOFs材料应用于CO₂的储存和分离领域具有非常诱人的应用前景。

ZIFs材料是MOFs材料里比表面积和孔体积比较大的一类物质。与其他类型的金属有机骨架(MOFs)材料相比，ZIFs材料拥有较高热稳定性和耐化学腐蚀性。因此，ZIFs材料在气体储存、分离、催化、以及化学传感器等的应用引起了越来越多的关注。其中ZIF-8是ZIFs材料中性能较为稳定且被研究的较多的一类物质。它具有与硅铝酸盐沸石分子筛中方钠石(SOD)相同的拓扑结构，在沸石分子筛中硅氧或铝氧四面体通过氧桥连接，然而在ZIF-8结构中，硅、铝和氧原子分别被过渡金属和咪唑替代，属于立方晶系，空间群I-43n，晶胞参数为ZIF-8大孔的尺寸为能够使动力学直径小于的小分子自由出入，可以筛分不同尺寸的分子，具有分子筛的特性，比如微孔性，较高的比表面积。

目前报道较多的ZIF-8纳米粒子的合成方法有溶剂热和水热合成法。传统尺度的反应器中不仅合成周期较长，而且反应体系中反应物的浓度、pH和温度不均匀容易导致产品的粒径分布不均匀，形貌难以控制，而影响到产品的物理化学性质和应用性能。此外，合成过程不连续。

微反应器是指通过微加工和精密加工技术制造的小型反应系统，具有较大的比表面积以及对传热、传质过程精确的控制，相对于传统反应器更具有潜在的优势。近几年来，国内外已有利用微通道反应器合成半导体、无机以及聚合物微粒的报道。微通道反应器具有传递性能好、混合时间短、可实现流体间的快速均匀混合等特点，为采用液相化学法制备纳米颗粒创造了理想的条件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何快速的合成粒径分布均一的ZIF-8MOFs纳米粒子。

本发明的技术方案

1.微通道前处理

选用内径为0.5-1mm的毛细石英管作为微通道，分别用硝酸、氢氧化钠溶液和有机溶剂冲洗毛细石英管，最后用去离子水冲洗干净备用。

2.配制前驱液A和B

(1)前驱液A：取5.078g的甲基咪唑溶于100mlDMF中，配制0.6M的甲基咪唑DMF溶液；

(2)前驱液B：取5.95gZn(NO₃)₂·6H₂O溶于100mlDMF中，配制0.2M的Zn(NO₃)₂·6H₂O DMF溶液；

3.前驱液在微通道内合成

(1)用注射泵将两种前驱液通过三通混合后以一定的流速注射到微通道中。

(2)控制微通道的温度为80-100℃，微通道中的停留时间为1-10min。

4.将产物离心分离，用DMF冲洗，制成MOFs纳米粒子。

本发明的有益效果是反应条件温和，温度仅为80-100℃，并且大大缩短合成时间，仅为1-10min；合成出的纳米粒子平均粒径较小，粒径分布较窄，有利于用于催化和吸附材料及其二次晶种生长法制备连续均匀而膜层可控的ZIF-8膜。同时，本发明方法不仅局限于ZIF-8纳米粒子的合成，同样适用于其他纳米材料和无机膜材料。

附图说明

附图1微通道结构示意图。

附图2是合成样品的XRD图。

图中可以看出合成的产物与文献报道的ZIF-8的XRD衍射峰一致，且具有较高的结晶度，此时样品的XRD衍射峰较宽，说明产物是纳米级粒子。

附图3是合成样品的TEM图。

图中合成出的ZIF-8的粒径较小，平均粒径为50-70nm左右，且呈典型的六方晶型结构。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1：

1.微通道前处理：选用内径为0.5mm、长度为1m的毛细石英管作为微通道，分别用0.1mol/L的硝酸、0.1mol/L的氢氧化钠溶液和丙酮冲洗毛细石英管，最后用去离子水冲洗后备用。

2.前驱液的配制

(1)前驱液A：称取5.078g的甲基咪唑溶于100mlDMF中，配制成0.6M的甲基咪唑DMF溶液。