CN106674118A - Zif‑8吸附材料的制备及用于孔雀石绿水溶液脱色的应用 - Google Patents

Zif‑8吸附材料的制备及用于孔雀石绿水溶液脱色的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN106674118A
CN106674118A CN201611193227.8A CN201611193227A CN106674118A CN 106674118 A CN106674118 A CN 106674118A CN 201611193227 A CN201611193227 A CN 201611193227A CN 106674118 A CN106674118 A CN 106674118A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zif
preparation
malachite green
adsorption material
zinc salt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201611193227.8A
Other languages
English (en)
Inventor
王璐莹
代娟
雷建都
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Forestry University
Original Assignee
Beijing Forestry University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Forestry University filed Critical Beijing Forestry University
Priority to CN201611193227.8A priority Critical patent/CN106674118A/zh
Publication of CN106674118A publication Critical patent/CN106674118A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/223—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material containing metals, e.g. organo-metallic compounds, coordination complexes
    • B01J20/226—Coordination polymers, e.g. metal-organic frameworks [MOF], zeolitic imidazolate frameworks [ZIF]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28002—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J20/28004—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size
    • B01J20/28007—Sorbent size or size distribution, e.g. particle size with size in the range 1-100 nanometers, e.g. nanosized particles, nanofibers, nanotubes, nanowires or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J20/28078—Pore diameter
    • B01J20/2808—Pore diameter being less than 2 nm, i.e. micropores or nanopores
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/285—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D233/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings
    • C07D233/54—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members
    • C07D233/56—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring carbon atoms
    • C07D233/58—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring carbon atoms with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring nitrogen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/308—Dyes; Colorants; Fluorescent agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/30—Organic compounds
    • C02F2101/32—Hydrocarbons, e.g. oil

Abstract

本发明公开了一种室温下制备微孔纳米吸附材料ZIF‑8的方法以及ZIF‑8用于孔雀石绿水溶液脱色的应用。该材料的制备是由金属锌和2‑甲基咪唑反应，从而生成类似拓扑结构的固体多孔材料。其中包括以下步骤：适量的二价锌盐溶液与咪唑类溶液混合，充分反应一定时间后经高速离心收集所得的材料，反复浸泡、洗涤后真空干燥得到ZIF‑8纳米材料。孔雀石绿是有毒的三苯甲烷类化合物，既是染料，也是杀菌和杀寄生虫的化学制剂，其毒性可致癌，致畸，致突变。因此，为避免其带来的影响，从水中除去孔雀石绿是非常必要的。ZIF‑8可作为吸附材料用于去除水溶液中的孔雀石绿。

Description

ZIF-8吸附材料的制备及用于孔雀石绿水溶液脱色的应用
技术领域
本发明涉及一种室温下制备微孔纳米吸附材料ZIF-8的方法以及ZIF-8用于孔雀石绿水溶液脱色的应用，属于纳米材料和吸附技术领域。
背景技术
孔雀石绿是一种三苯甲烷类染料，早期应用于纺织、造纸、皮革、塑料、橡胶、化妆品、医药和食品等工业，因其具有高效的杀菌作用，曾一度被作为渔业和水产养殖业的杀菌剂和杀虫剂使用。20世纪90年代，研究人员发现孔雀石绿具有高毒性、致癌性、诱变性以及难降解性，因此对于改善水环境污染问题，孔雀石绿的无害化处理显得尤为重要。
金属有机骨架（Metal-organic frameworks, MOFs）是一种新型有机无机杂化材料，一般由特定的金属离子或金属簇与相应的有机配体通过强的配位键形式自主装形成，且具有一定周期性的网络结构。金属有机骨架材料同时具备无机材料和有机材料的双重特点。金属有机骨架材料的合成涉及有机化学、无机化学、物理化学、材料科学等学科，是由各个不同学科发展的共同产物。最近几十年，金属有机骨架材料在气体的吸附与分离、催化、分析检测、载药、固体萃取、分子荧光等诸多领域显现出其独特的性能和潜在的巨大价值。通过调控不同的金属离子和配位有机物可以合成具有各种拓扑结构的金属有机骨架材料，涵盖了一维，二维和三维结构，为开发新型功能材料提供了丰富的基础材料。同时由于金属有机骨架材料具有高纯度、低成本、结构可控批量生产等优点，近几十年来取得了巨大的进展，并且受到了学术界广泛的重视，每年都有许多相关研究和文献对此进行报道。
由于金属-有机骨架材料具有三维立体骨架结构以及多孔多孔结构，其具有多样的拓扑结构、有序的孔结构、比表面积高和表面可功能基团化等特点。现已发现，金属-有机骨架材料做为吸附材料相比于传统吸附材料展现出明显的优势。沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIFs）属于MOFs的一种，其中，有机咪唑酯交联连接到过度金属上，形成一种四面体框架；而ZIF-8，由二价锌盐和2-甲基咪唑在室温下，醇溶液或者水溶液中快速生产的高纯度晶体。具有很好的热稳定性（氮气保护气下550℃），化学稳定性，均一的尺寸（40~50nm），具有巨大的比表面积。由锌离子和2-甲基咪唑通过强的配位键，形成的四面体结构，从而形成的特殊具有拓扑结构的多孔材料。并且通过合成ZIF-8时加入表面活性剂进行调控，还可以得到不同形态、不同尺寸大小的晶体。因此，为了快速有效的从水中去除孔雀石绿，ZIF-8可作为吸附剂用于水中孔雀石绿的脱色。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微孔纳米吸附材料ZIF-8制备方法，所制备的材料因其具有可调控的结构可作为吸附剂快速、高效的从水中去除孔雀石绿。
为达到上述目的，本发明首先提供了一种微孔纳米吸附材料ZIF-8的制备方法，其包括以下步骤：
将一定量的二价锌盐加入溶剂中形成二价锌盐的配体溶液，经超声分散至均匀后再与含有2-甲基咪唑类配体溶液混合后在室温下反应一定时间。反应结束后，高速离心收集反应液中的白色固体，用溶剂多次浸泡和离心分离得固体产物，经真空干燥得到ZIF-8，ZIF-8可作为吸附剂按一定比例加入孔雀石绿水溶液，静态吸附一定时间后可实现有效去除水中的孔雀石绿。
在上述新型微孔纳米吸附材料ZIF-8的制备方法中，优选地，所采用的二价锌盐可以为硝酸锌，醋酸锌，硫酸锌，氯化锌的一种。
在上述新型微孔纳米吸附材料ZIF-8的制备方法中，优选地，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，甲醇，去离子水的一种或混合物。
在上述新型微孔纳米吸附材料ZIF-8的制备方法中，优选地，二价锌盐和咪唑的摩尔比为：1:0.05~1:0.8。
在上述新型微孔纳米吸附材料ZIF-8的制备方法中，优选地，锌盐溶液浓度为：0.05~0.6mol/L；咪唑溶液浓度为：0.5~2mol/L，反应时间为20~24h。
在上述新型微孔纳米吸附材料ZIF-8的制备方法中，优选地，离心速度为1200-4000r/min；产物清洗溶剂为无水乙醇或无水甲醇或去离子水，干燥温度为60-110℃；干燥时间为12~24h。
在上述新型微孔纳米吸附材料ZIF-8的制备方法中，优选地，吸附剂添加量为0.5~5 g/mL， 范围染料浓度范围为20~300 g/mL，吸附时间范围为10~600 min。
有益效果：本发明所制备的ZIF-8具有与染料产生静电作用的二价Zn和π−π共轭作用的咪唑结构，多孔结构等特点，该材料可用于脱除水溶液中的孔雀石绿染料。
附图说明
图1是实施例1中制备的ZIF-8纳米粒子的XRD图。
图2是实施例1中制备的ZIF-8纳米粒子的BET图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
1.95g Zn(NO3)2·6H2O溶于100mL甲醇中得到锌盐溶液，4.9g 2-甲基咪唑溶于100mL甲醇中配成2-甲基咪唑溶液，锌盐溶液在30℃，150r/min的恒温振荡器内24h,加入2-甲基咪唑溶液继续搅拌24h得到ZIF-8分散液。高速离心收集所得ZIF-8粒子，用无水乙醇多次过夜浸泡再离心得到纯化ZIF-8，80°C下真空烘干24h可得到的粉末状ZIF-8。
将制备好的ZIF-8作为吸附剂用于静态吸附试验，评测其水中吸附染料的性能，所用染料为孔雀石绿。配制浓度为100mg/L的染料水溶液，分别称取0.01g吸附剂加入染料溶液，置于恒温振荡器中并保持振荡频率为150 r/min。在30℃下吸附不同时间后，离心分离吸附剂和溶液，取上层溶液用紫外分光光度计测定吸附后的染料溶液浓度，由以下定义式计算吸附剂在该吸附条件下的染料吸附量以及去除率。该例所测吸附结果见表1。
q=(C0-Ct)V/m
R=[(C0-Ct)/ C0]*100%
式中，q为吸附量，mg/g；C0与Ct分别为吸附前和吸附后的溶液浓度，mg/L；V所用吸附溶液体积，L；m为所用吸附剂质量，g。
实施例1中所得的ZIF-8粒子大小分布较为均一，纳米级晶体尺寸为100 nm左右，改变合成条件可调节尺度。从图1中可以看出，实验与模拟图谱中的波峰位置及强度分布呈现出高度一致，说明得到的纳米粒子是ZIF-8且纯度较高。图2可以看出吸附曲线在相对压力较小时急剧上升，且吸附/脱附曲线呈现出一个小滞环，表明ZIF-8纳米粒子具备微孔结构。图1~2说明得到的ZIF-8同时具备晶体结构和微孔结构。
由表1所示吸附性能可以看出上述实施例中60 min吸附时间的吸附量可达到240min吸附时间的95%以上且去除率可高达94.92%，随着吸附时间的增加吸附含量逐渐升高并趋于平稳，在90 min内几乎达到吸附平衡，这是由于吸附剂ZIF-8可快速高效吸附孔雀石绿。ZIF-8之所以能快速吸附孔雀石绿的主要原因是染料上的苯环与ZIF-8上的咪唑类苯环发生π−π共轭作用。
表1实施例1中所用吸附剂在不同吸附时间下的吸附量

Claims (7)

1.关于ZIF-8纳米材料的制备，其制备方法包括如下步骤：将一定量的二价锌盐加入溶剂中形成二价锌盐的配体溶液，经超声分散至均匀后再与含有2-甲基咪唑类配体溶液混合后在室温下反应一定时间；反应结束后，高速离心收集反应液中的白色固体，用溶剂多次浸泡和离心分离得固体产物，经真空干燥得到ZIF-8纳米材料，可可作为吸附剂高效、快速吸附水中的离子型染料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二价锌盐配体为硝酸锌，醋酸锌，硫酸锌，氯化锌的一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述配体溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、甲醇、去离子水的一种或混合物。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，二价锌盐和咪唑的摩尔比为：1:0.05~1:0.8。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二价锌盐溶液浓度为：0.05~0.6mol/L；咪唑溶液浓度为：0.5~6 mol/L，反应时间为2~24 h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，离心速度为1200-4000r/min；干燥温度为60-110℃；干燥时间为12~24 h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，吸附剂添加量为0.5~5 g/mL， 范围染料浓度范围为20~300 g/mL，吸附时间范围为10~600 min。
CN201611193227.8A 2016-12-21 2016-12-21 Zif‑8吸附材料的制备及用于孔雀石绿水溶液脱色的应用 Pending CN106674118A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611193227.8A CN106674118A (zh) 2016-12-21 2016-12-21 Zif‑8吸附材料的制备及用于孔雀石绿水溶液脱色的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611193227.8A CN106674118A (zh) 2016-12-21 2016-12-21 Zif‑8吸附材料的制备及用于孔雀石绿水溶液脱色的应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106674118A true CN106674118A (zh) 2017-05-17

Family

ID=58871303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611193227.8A Pending CN106674118A (zh) 2016-12-21 2016-12-21 Zif‑8吸附材料的制备及用于孔雀石绿水溶液脱色的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106674118A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109261141A (zh) * 2018-09-06 2019-01-25 华南协同创新研究院 一种zif-8纳米晶及其制备方法和应用
CN109499545A (zh) * 2019-01-09 2019-03-22 长春工业大学 用于水相有机染料吸附的zif-8/碳纤维复合材料的制备方法
CN110229349A (zh) * 2019-07-17 2019-09-13 延边大学 一种沸石咪唑类金属有机框架材料及其制备方法和应用
CN110354814A (zh) * 2019-08-07 2019-10-22 成都理工大学 锌基质MOFs材料及其在钒吸附中的应用
CN111001390A (zh) * 2019-12-25 2020-04-14 华东理工大学 一种复合型金属有机吸附材料及其制备方法
CN112979979A (zh) * 2021-02-23 2021-06-18 云南省水利水电科学研究院 用于吸附去除水体中微污染汞的改性zif-8材料制备方法及应用
CN115216021A (zh) * 2021-04-16 2022-10-21 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院 一种改性金属有机骨架材料及其制备方法与应用
CN115646454A (zh) * 2022-11-11 2023-01-31 华南理工大学 一种多级孔ZIFs材料及其低温等离子体制备方法与应用

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109261141A (zh) * 2018-09-06 2019-01-25 华南协同创新研究院 一种zif-8纳米晶及其制备方法和应用
CN109261141B (zh) * 2018-09-06 2021-11-02 华南协同创新研究院 一种zif-8纳米晶及其制备方法和应用
CN109499545A (zh) * 2019-01-09 2019-03-22 长春工业大学 用于水相有机染料吸附的zif-8/碳纤维复合材料的制备方法
CN110229349A (zh) * 2019-07-17 2019-09-13 延边大学 一种沸石咪唑类金属有机框架材料及其制备方法和应用
CN110354814A (zh) * 2019-08-07 2019-10-22 成都理工大学 锌基质MOFs材料及其在钒吸附中的应用
CN111001390A (zh) * 2019-12-25 2020-04-14 华东理工大学 一种复合型金属有机吸附材料及其制备方法
CN112979979A (zh) * 2021-02-23 2021-06-18 云南省水利水电科学研究院 用于吸附去除水体中微污染汞的改性zif-8材料制备方法及应用
CN115216021A (zh) * 2021-04-16 2022-10-21 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院 一种改性金属有机骨架材料及其制备方法与应用
CN115216021B (zh) * 2021-04-16 2024-03-26 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院 一种改性金属有机骨架材料及其制备方法与应用
CN115646454A (zh) * 2022-11-11 2023-01-31 华南理工大学 一种多级孔ZIFs材料及其低温等离子体制备方法与应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106674118A (zh) Zif‑8吸附材料的制备及用于孔雀石绿水溶液脱色的应用
CN106588781A (zh) Zif‑67纳米材料的制备及其快速吸附阴离子型染料的应用
CN105170097B (zh) 一种TiO2/ZIF‑8核壳结构纳米复合材料及其制备方法
Zhang et al. Agar aerogel containing small-sized zeolitic imidazolate framework loaded carbon nitride: a solar-triggered regenerable decontaminant for convenient and enhanced water purification
Ahmed et al. Tuning morphology of nanostructured ZIF-8 on silica microspheres and applications in liquid chromatography and dye degradation
Zhang et al. In situ growth of ZIF-8 within wood channels for water pollutants removal
Li et al. Microwave-assisted synthesis of UIO-66 and its adsorption performance towards dyes
CN104108722B (zh) 一种多孔氧化铝载体支撑的zif-8膜的制备方法
CN105985362B (zh) 一种制备沸石咪唑酯骨架结构材料的方法
CN107029670A (zh) 一种金属有机骨架成型材料及其成型方法
CN103337327B (zh) 非均相Fe3O4/Co金属有机骨架材料及其制备方法和应用
CN107376837A (zh) 一种石墨烯/金属有机框架气凝胶吸附/催化材料的制备方法
Xu et al. Fabrication of hybrid magnetic HKUST-1 and its highly efficient adsorption performance for Congo red dye
CN108031455B (zh) 一种中空多孔微球吸附剂的制备方法
CN104014320B (zh) 一种富集痕量速灭威的水相金属有机框架分子印迹材料
CN107638870A (zh) 一种离子液体与金属有机框架复合吸附剂的制备方法和应用
CN106905536A (zh) 一种快速合成多级孔zif‑8材料的方法
CN106694050B (zh) 一种核壳结构可见光催化剂的制备方法
CN108114695A (zh) 笼内固载离子液体的沸石咪唑酯骨架材料及其应用
CN108465489B (zh) 一种Fe3O4@ZIF-8核壳式复合材料及其制备方法和催化应用
CN106540667B (zh) 一种羧基化介孔聚合物限域铝基金属有机框架复合材料及其制备方法和应用
CN110229349A (zh) 一种沸石咪唑类金属有机框架材料及其制备方法和应用
Fan et al. Guanidinium ionic liquid-controlled synthesis of zeolitic imidazolate framework for improving its adsorption property
CN108276586A (zh) 一种多级孔道锆/铈混合金属uio-66及其制备方法
CN109621910A (zh) 纳米零价铁-金属有机框架核壳材料的制备方法及其应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170517