[发明专利]一种多级孔ZIFs材料及其低温等离子体制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种多级孔ZIFs材料及其低温等离子体制备方法与应用，主要解决现有技术中ZIFs材料的合成存在步骤繁琐、材料孔径分布不规则、骨架易坍塌、对MG吸附容量低的问题。本发明首先合成ZIFs材料，然后通过采用射频低温等离子体处理ZIFs材料，制备得到一种多级孔ZIFs材料，该材料应用于吸附孔雀石绿中具有优良的吸附效果，且可以多次回收使用。

技术领域

本发明属于MOF改性技术领域，具体涉及一种多级孔ZIFs材料及其低温等离子体制备方法与应用。

背景技术

近年来，工业的快速发展促进了经济和社会的发展，但同时也带来了环境污染。因此，环境修复对于人类生存至关重要，包括对废水、废气、废渣处理。其中，吸附分离技术被认为是捕获和去除水中有害物质的最有效方法之一，如硝基苯，亚甲蓝和孔雀石绿(MG)等。

金属有机骨架(MOFs)材料具有高比表面积、高孔隙率、结构高度可调的特点，在气体储存、吸附领域具有很好的应用前景。其中，沸石咪唑型金属有机框架(ZIFs)作为MOFs的一个子类，主要是由Zn²⁺、Co²⁺等金属离子与咪唑类配体反应形成的一种具有沸石结构的材料，该类MOF具有生物相容性好、比表面积大、组成结构可控、孔隙率高以及易于表面修饰等诸多优势，使其在吸附孔雀石绿等有害污染物上具有非常广泛的应用。但传统ZIFs材料多为块状晶体，且只具有微孔结构，使客体分子由于结构和孔径的限制不能快速、自由地接近或离开内部活性位点，限制了ZIFs在许多方面的应用。因此，多级孔ZIFs材料的制备与应用引发了关注。多级孔ZIFs材料同时具有微孔、介孔或大孔孔道，客体分子可以通过其介孔/大孔快速地扩散，降低其传质阻力，极大地提高了材料的吸附性能。目前常用的合成多级孔ZIFs材料的方法主要有延长配体法、混合配体法、模板法、后处理法等。其中，混合配体法是一种快速制备多级孔ZIFs材料的方法，即通过掺杂一定比例的不同有机配体与金属离子自组装形成具有介孔及大孔结构的ZIFs材料。该方法合成的多级孔ZIFs材料操作简单，不需要过多的后处理，且材料稳定性好。但该方法得到的多级孔材料的孔径尺寸不规则，孔道中易残留未反应的有机配体，难以清除。模板法是在合成ZIFs材料过程中加入可移除模板剂，去除模板剂后得到多级孔ZIFs材料的方法。尽管模板法可在一定程度上制备出多级孔ZIFs材料，但往往在除去模板剂的过程中，多级孔ZIFs材料的结构可能会遭到破坏，并且增加了操作步骤和难度。后处理方法是对已制备的微孔ZIFs材料通过一些其他操作手段得到多级孔ZIFs材料的方法。虽然已有的后处理法可以获得多级孔ZIFs材料，但难以形成规则的介孔及大孔，也难以设计和控制介孔尺寸。因此，探索温和、绿色、环保的改性方法，在常温下快速制备多级孔ZIFs材料具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术多级孔金属有机骨架材料制备方法中存在的步骤繁琐、材料孔径分布不规则、骨架易坍塌、对MG吸附容量低等问题，提供一种采用低温等离子体处理制备多级孔ZIFs材料的方法，该方法简单，得到的多级孔ZIFs材料孔径分布规则、骨架结构稳定、对MG吸附容量高；并且，常温即可合成，处理时间短，不需要试剂绿色环保。

本发明目的通过以下技术方案实现。

一种多级孔ZIFs材料的低温等离子体制备方法，包括以下步骤：

将ZIFs材料分散到水中，再用射频低温等离子体处理，制备得到多级孔ZIFs材料。

优选的，所述射频低温等离子体处理的功率为400-600W，处理时间为10-60min。

进一步优选的，所述射频低温等离子体处理的条件为：98％Ar+2％O₂气体流速为20-50L/min。

最优选的，所述射频低温等离子体处理的条件为：功率为400W，98％Ar+2％O₂气体流速为20L/min，处理时间为60min。