[发明专利]一种控制类沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8形貌的方法

说明书

本发明属于类沸石咪唑酯骨架材料的技术领域，公开了一种控制类沸石咪唑酯骨架材料ZIF‑8形貌的方法。方法：1)将六水合硝酸锌、2‑甲基咪唑、四丁基溴化铵和表面活性剂进行混合，加热反应，得到均相溶液；2)将均相溶液与水混合，获得悬浊液；然后离心，洗涤，干燥，获得类沸石咪唑酯骨架材料；表面活性剂为聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物、聚乙烯吡咯烷酮K30、十二烷基硫酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种，表面活性剂不同，材料的形貌不同。本发明的方法简单、条件温和、快速，综合成本较低，无环境污染。本发明通过选取不同表面活性剂合成不同形貌的材料，如空心球、实心球、多级孔颗粒和堆叠颗粒。

技术领域

本发明属于类沸石咪唑酯骨架材料的技术领域，涉及一种类沸石咪唑酯骨架材料的制备方法，具体涉及一种控制类沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8形貌的方法。该方法可以制备出ZIF-8空心球、ZIF-8实心球、ZIF-8多级孔颗粒和ZIF-8堆叠颗粒。

背景技术

作为一种结晶微孔材料，类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)在催化、气体吸附和分离等方面有广泛的应用。ZIF-8是最具代表性的ZIFs材料，具有特殊的拓扑结构、优异的热稳定性和化学稳定性、高比表面积、丰富的活性位点，以及孔结构可调等特点，在多相催化和吸附等领域中具有广阔的应用前景。构建如中空结构、核-壳结构和多级孔结构等特殊形貌的ZIF-8材料引起了研究者极大的兴趣。与传统形貌的ZIFs材料相比，特殊形貌的ZIFs材料具有独特的结构和表面性质。例如，空心ZIF-8材料通常由内部的大孔和外层具有微孔结构的壳层组成，因此具有高比表面积，低密度和高负载能力，使得它们在催化、分离和药物传递等领域有良好的应用前景。又如，多级孔ZIF-8材料通常具有大的中孔和大孔，可以促进大分子的扩散，在各种涉及大分子的吸附和催化反应中表现出良好的性能。总之，具有不同形态的ZIF-8材料具有不同的表面性质，这可以影响它们的催化活性和吸附性能。因此，ZIF-8的形貌控制合成对于其应用开发和形态、结构、性质关系的研究非常重要。

混合溶剂法和模板法常被用于控制ZIFs材料的尺寸和形貌。其中，模板法因其操作简单而备受关注。表面活性剂是最常用的合成多级孔ZIF-8材料的模板剂，而聚苯乙烯微球则被报道用于合成ZIF-8空心球。然而，现有的模板法一般需要大量的有机溶剂，且耗时长。

本发明提出了一种有效且环保的一锅热法，实现了ZIF-8材料的形貌控制合成。与已有方法相比，本发明提出的方法不需要有机溶剂，反应过程条件温和，耗时短，并且可以通过简单的更换表面活性剂来制备一系列不同形貌的ZIF-8材料，如ZIF-8空心球、ZIF-8实心球、ZIF-8多级孔颗粒和ZIF-8堆叠颗粒。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种控制类沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8形貌的方法。本发明用季铵盐作为共熔剂和去质子化剂，与咪唑衍生物、金属盐以及表面活性剂进行共熔，得到类沸石咪唑酯骨架材料。本发明通过4种表面活性剂作为模板剂以诱导合成了不同形态的ZIF-8材料，如空心球、实心球、多级孔颗粒和堆叠颗粒。本发明的方法简单、条件温和、无环境污染。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种控制类沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8形貌的方法，包括以下步骤：

1)将六水合硝酸锌(Zn(NO₃)₂·6H₂O)、2-甲基咪唑、四丁基溴化铵和表面活性剂进行混合，加热反应，得到均相溶液；

2)将均相溶液与水混合，获得悬浊液；然后离心，洗涤，干燥，获得类沸石咪唑酯骨架材料；

所述表面活性剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)、聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)、十二烷基硫酸钠(SDS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)中的至少一种；

当选用不同表面活性剂时，类沸石咪唑酯骨架材料的形貌会不同。