[发明专利]一种水稳定微孔双功能MOFs材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种以3‑羟基‑1,2,4,5‑苯四羧酸配体为底物的微孔水稳定MOF材料，[Zn₆(OBTEC)₂(H₂O)₆]·8H₂O，由于3‑羟基‑1,2,4,5‑苯四羧酸配体与金属Zn²⁺特殊的配位环境，构筑出具有良好孔径和选择吸附性的水稳定MOFs染料吸附剂。该吸附剂通过水热法合成，在水中能够保持良好的稳定性，合成过程中不使用有机溶剂，不污染环境。吸附性能测试表明该吸附剂对亚甲基蓝和甲基橙具有良好的吸附性能，对罗丹明B和结晶紫的吸附性能较差，表现出一定的选择吸附性能。此外Al³⁺和Co²⁺具有最好的检测能力，可以作为金属离子检测探针。

技术领域

本发明属于多功能MOFs材料制备技术领域，具体涉及一种以3-羟基-1,2,4,5-苯四羧酸配体(H₆OBTEC)为底物的微孔水稳定MOF材料，[Zn₆(OBTEC)₂(H₂O)₆]·8H₂O，及其制备方法和作为染料吸附剂或金属离子探针的用途。

背景技术

随着人类纺织、皮革、造纸、印染、塑料、冶炼、电镀等工业的快速发展，使得水资源的污染也日益加剧，受污水质的污染物成分也更加复杂，其中由有机染料和重金属离子所带来的污染最为严重。大多数的有机染料分子和重金属离子的毒性很大，致癌性很高。金属离子特别是重金属离子的超标对水体中生物的生存造成了严重威胁。当重金属离子进入生物的体内时，会在生物体内累积，引起动物的畸形，并且可能通过食物链的作用进入到人体内，威胁人类的生命健康。由于染料分子对水质的颜色影响很大也倍受人们广泛的关注。为了人体健康和人类社会的可持续发展，检测和除去废水中的染料分子和重金属离子尤为重要。

合成染料一般具有氮杂的芳香结构，因此往往具有较高的稳定性，难从废水中除去它们，目前，染料废水常见的处理方法主要包括絮凝法、吸附法、电化学法、氧化法、生物法以及生物膜法等。相对而言，由于染料可生化能力较差，生物处理法往往效率较低。而生物膜渗透法、反渗透法、化学沉淀法、超滤渗透、光解等等方法往往处理范围较小，成本较高。而吸附法中的物理吸附法具有操作过程简单、效率高等优点，是处理染料废水的最有效方法之一。传统的吸附剂材料如活性炭或者生物炭等等往往孔洞较小而且规则性较差，有效活性位点的数量较低，它们在染料吸附方面往往达不到预期的效果。因此，开发吸附性能优异的染料吸附剂材料仍然是一项持续的工作。

MOFs材料是有机配体和金属离子或金属离子形成的多核团簇构筑的多孔化合物。通过设计不同的配体，可以有效调控吸附材料孔径，达到选择性吸附的目的，另外一方面，如果所产生MOFs含有不饱和金属配位点，或者是配体含有未配位活性基团，将在一定程度上增强吸附性能，甚至达到选择性吸附分离的效果。当MOFs作为吸附材料使用时，MOFs材料可能与有机染料分子之间产生静电相互作用、π-π堆积作用、氢键作用、疏水作用、酸碱相互作用等等，这些都会显著影响MOFs材料对吸附质的吸附，甚至可能决定材料的吸附性能。但吸附有机染料时，由于不同染料分子结构、尺寸、官能团的不同，可能导致不同MOFs材料对不同染料的吸附性能产生差异，这为设计选择吸附某种特定的染料的MOFs材料提供了可能。

在另外一个方面，MOFs材料也被认为是最有前途的化学传感检测材料之一。MOFs材料作为一种比表面积大吸附能力强的物质，与分子或离子作用时，往往能够吸附相应的分子和离子，使其在MOFs材料的孔洞内或表面聚集，产生各种相互作用，从而由此增强MOFs材料的传感信号强度，使得MOFs作为传感器材料在检测被分析物时具有更低的检测极限和更高的灵敏度。和吸附类似,有目的制备含有不饱和金属配位点以及未配位基团，增强MOFs与被检测物质相互作用，从而达到更好的检测效果。