[发明专利]一种基于纤维素硬模板合成ZIF‑8气凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属有机骨架结构材料合成技术领域，具体涉及一种基于纤维素硬模板合成ZIF-8气凝胶的方法。

背景技术

MOFs具有比表面积大、结构多样性、孔道尺寸可调及骨架可修饰等优点，已广泛应用于气体存储、非均相催化、分离、传感、药物传输及生物医学成像等领域。沸石咪唑酯骨架材料是由二价Zn、Co等金属盐和咪唑或咪唑衍生物配体在有机溶剂中反应生成的一种具有沸石骨架结构的MOFs材料。ZIFs材料中M-Im-M单元的键长比传统的沸石分子筛中的Si-O-Si或Si-O-Al单元的键长要长，其骨架结构中的笼一般比相应的沸石分子筛的笼要大一些，因此在气体的吸附和分离方面表现出引人注目的性能。

ZIF-8不仅具有高的稳定性，而且表现出了一定的H₂、CH₄吸附性能，此外ZIF-8是憎水材料，而很多沸石分子筛大多是亲水性的，所以ZIF-8膜有望在从蒸汽中分离H₂方面表现出良好的性能。WiebckeM等研究者[J.Am.Chem.Soc.，2009，131:16000-16001]在TiO₂多孔材料上合成了密集、连续的ZIF-8膜，该ZIF-8膜稳定性达360℃，在H₂与其它气体的分离上表现出了高选择性，H₂流量和选择性高于目前报道的MoF膜。Carroon M A等研究者[J.Am.Chem.Soc.，2010，132:76-78]在管状α-Al₂O₃上合成ZIF-8膜，具有高CO₂透过率2.4×10^-5mol/m²·s·Pa，而且能高选择性的分离CO₂/CH₄。Li等研究者[Angew.Chem.Int.Ed.，2009，48:1-5]在多孔A1₂O₃载体上成功合成了ZIF-7，具有很好的分离H₂性能。而目前，ZIF-8担载于纤维素上形成ZIF-8气凝胶的有关内容鲜有报道。气凝胶是一种分散介质为气体的凝胶材料，固体相和孔隙结构均为纳米量级。由于其结构上的独特性，气凝胶表现出很多独特的性质。气凝胶是目前世界上密度最小的固体材料，密度可低至0.002g·cm^-3。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于纤维素硬模板合成ZIF-8气凝胶的方法。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

一种纤维素硬质模板合成ZIF-8气凝胶的方法，包括以下步骤：

1)将纤维素气凝胶浸入到2-甲基咪唑的甲醇溶液中；

2)向步骤1)所得的体系加入无机锌盐的甲醇溶液，使其充分反应；

3)过滤洗涤得到一次包覆的凝胶样品；

4)将步骤3)所得到的一次包覆的凝胶样品再重复步骤1)-3)多次；

5)将样品加入到叔丁醇溶剂，并置于烘箱以交换凝胶中的甲醇溶液；

6)将所制备的凝胶冷冻好，干燥除去叔丁醇溶剂以保持其形貌，最终得到包覆不同次数的ZIF-8气凝胶材料。

上述方案中，步骤1)和步骤2)中2-甲基咪唑溶液和无机锌盐溶液的加入体积比为1:1，2-甲基咪唑溶液和无机锌盐溶液的浓度均为10mmol/L～15mmol/L，步骤1)中纤维素的质量与2-甲基咪唑溶液或无机锌盐溶液的体积比为0.06～0.12g：10～20ml。

上述方案中，步骤2)中锌盐为硝酸锌、氯化锌或醋酸锌。

上述方案中，步骤2)中的反应温度为20～40℃，反应时间为30min～60min。

上述方案中，步骤3)中使用洗涤的溶剂为甲醇，使用量与2-甲基咪唑溶液或无机锌盐溶液的体积比20～40：10～20，洗涤方法静置即可，洗涤时间5～10min。

上述方案中，步骤4)中多次为3次至10次。

上述方案中，步骤5)中加入的叔丁醇与2-甲基咪唑溶液或无机锌盐溶液的体积比20～40：10～20，交换温度为60～80℃，交换时间为12～24h。

上述方案中，步骤6)样品冷冻处理为2～5h，干燥时间为4～12h。