[发明专利]负载COF-LZU1的聚乙烯亚胺海绵的制备方法及其应用

说明书

本发明属于晶体多孔材料技术领域，具体涉及一种负载COF‑LZU1的聚乙烯亚胺海绵的制备方法。COF可作为纳滤膜用于染料分离，相对于其他多孔材料，如MOF、分子筛等，具有更好的分离效率和稳定性。但是，COF独立成膜的机械性能较差。为了解决上述问题，本发明在聚乙烯亚胺海绵上原位生长COF，得到负载COF‑LZU1的聚乙烯亚胺海绵，有效提高了COF的机械性能，所获得的负载COF‑LZU1的聚乙烯亚胺海绵还具有良好的染料分离/吸附能力，所制备的负载COF‑LZU1的聚乙烯亚胺海绵同时具备良好的染料分离效果和染料吸附效果。

技术领域

本发明属于晶体多孔材料技术领域，具体涉及一种负载COF-LZU1的聚乙烯亚胺海绵的制备方法及其应用。

背景技术

随着工业的快速发展，对有机染料的需求也越来越大。据报道，全球染料产量已超过7×10⁵吨。污水中的有机染料难以降解，对环境和人体健康造成极大危害。因此，开发一种绿色、无毒、高吸附性能的吸附剂具有重要的意义。化学沉淀、离子交换、电化学、膜过滤和吸附是目前公认的去除水中染料的主要方法。其中的化学沉淀会产生大量的浮渣，后处理困难。离子交换树脂价格昂贵，不能大规模使用。电化学方法既昂贵又低效。膜过滤效率高、能耗小。吸附法设计简单，应用灵活，选择性高，是一种具有很大发展前景的染料去除技术。

COF(共价有机框架，英文名称为Covalent Organic Frameworks)是一类新型的晶体多孔材料，由共价连接的有机单元组成。由于其独特的特性，例如固有的孔隙率、明确的孔径、有序的通道结构、较大的表面积、出色的热化学稳定性等。尤其是其孔径可控，可功能化，化学稳定性高，使COF可作为纳滤膜用于染料分离，相对于其他多孔材料，如MOF、分子筛等，其分离效率和稳定性都更好。但是由于COF独立成膜存在机械性能差，且只有很少的关于在多孔载体上使用连续COF膜进行分离的报道。

聚乙烯亚胺(PEI)是一种水溶性高分子聚合物，结构单元中含有大量的伯胺、仲胺、叔胺等基团，具有很高的化学活性，可以中和、吸附所有阴离子物质及螯化重金属离子，因此它被很多人用来做染料吸附的材料。

聚乙烯亚胺海绵(PKS)孔隙率高，比表面积大，可弯曲、压缩等等，考虑将聚乙烯亚胺海绵作为负载COF的载体来解决COF本身成膜机械性能差的缺点，其从结构上来说具有其他相似材料所没有的压缩、更强的折叠性能，且期望在对染料的处理能力上有所改善。鉴于此，有必要研究一种负载COF-LZU1的聚乙烯亚胺海绵的制备方法，并研究其应用方向。

发明内容

为了解决COF机械性能差的问题，本发明公开了一种负载COF-LZU1的聚乙烯亚胺海绵的制备方法及其应用，本发明在聚乙烯亚胺海绵上原位生长COF，得到负载COF-LZU1的聚乙烯亚胺海绵，有效提高了COF的机械性能，所获得的负载COF-LZU1的聚乙烯亚胺海绵还具有良好的染料分离/吸附能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种负载COF-LZU1的聚乙烯亚胺海绵的制备方法，包括如下步骤：

(1)聚乙烯亚胺海绵的制备：将聚乙烯亚胺溶于去离子水中，配制聚乙烯亚胺溶液，然后加入一定量的KH-560，在常温下搅拌反应得到交联的PEI水溶液，将交联的PEI水溶液冷冻干燥得到聚乙烯亚胺海绵；

(2)均苯三甲醛修饰聚乙烯亚胺海绵的制备：将一定量的均苯三甲醛溶于二恶烷中，加入醋酸作为催化剂，混合均匀后，加入聚乙烯亚胺海绵，在15-25MPa、115-130℃条件下反应2-4h，反应完全后用甲醇洗涤，干燥得到均苯三甲醛修饰的聚乙烯亚胺海绵；

(3)负载COF-LZU1的聚乙烯亚胺海绵的制备：将一定量的均苯三甲醛和对苯二胺溶于二恶烷和均三甲苯的混合溶液中，加入醋酸作催化剂，在15-25MPa、115-130℃下反应36～72h，反应结束后，取出海绵，用甲醇洗涤三次，干燥得到负载COF-LZU1的聚乙烯亚胺海绵。