CN109336512B

CN109336512B - 一种纳米金属有机框架壁材及其制备方法

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Publication number: CN109336512B
Application number: CN201811449665.5A
Authority: CN
Inventors: 徐海; 付成名; 曾广斌; 让-皮埃尔·索维奇; 马里奥·莫利纳
Original assignee: Changsha Biaolang Zhugong Technology Co ltd; Central South University
Current assignee: Changsha Biaolang Zhugong Technology Co ltd; Central South University
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2021-05-25
Anticipated expiration: 2038-11-29
Also published as: CN109336512A

Abstract

本发明公开了一种具有环保净化功能的纳米金属有机框架壁材及其制备方法，材料本身环保无污染，对人体无毒害作用；含有改性金属有机框架化合物和泡沸石以及硅藻土，能有效吸收空气中的有毒有害物质、净化空气；含有纳米氧化锌和纳米银，可以将改性金属有机框架化合物、泡沸石和硅藻土吸附的甲醛气体，在自然光下分解成水和二氧化碳，能有效解决壁材甲醛吸附饱和的问题；另外含有纳米电气石粉，为天然矿物质材料，具有释放负氧离子的功能，可以增加室内环境负氧离子含量，改善室内空气，提高家居环境的舒适性，并且该纳米金属有机框架壁材还具有防火阻燃效果，可以耐350度高温灼烧；重要的是制备方法简便，具有很高的实用性。

Description

一种纳米金属有机框架壁材及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料化学技术领域，更具体的说是涉及一种具有环保净化功能的含纳米金属有机框架的壁材及其制备方法。

背景技术

随着经济的发展，各种化学化工行业也得到了蓬勃发展，人们的生活水平也有了很大提高，各种美观的室内装饰材料及家具得到了广泛的应用。但是大量的化学化工装修建材进入家庭，导致目前大多数家庭室内空气污染严重，甲醛、苯、甲苯等易挥发性有毒有害气体严重超标。甲醛、苯、氨等对人体健康的危害极大，被国际卫生组织列为强致癌物质。

现在，人们选购装修建材时，不仅考虑美观，也已经开始越来越注重产品的环保性和安全性。目前，市场上常见的同类产品为乳胶漆、墙纸以及硅藻土的衍生品，它们仅仅为自身环保无甲醛，或者附带微弱的吸附甲醛功能，并不能对其余家具材料释放的甲醛等有害挥发物进行吸附分解，作用效果有极大的限制。

故如何提供一种不释放挥发性有机物且可吸附分解挥发性有机物的家装壁材，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种材料本身环保无污染，对人体无毒害作用且能有效吸收分解空气中的有毒有害物质、净化空气的壁材及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

首先，本发明提供了一种纳米金属有机框架壁材，由以下原料组成：改性金属有机框架化合物、纳米氧化锌、纳米电气石粉、纳米银、泡沸石、重质碳酸钙、白水泥、灰钙、硅藻土。

进一步的，所述纳米金属有机框架壁材由以下重量份数原料组成：改性金属有机框架化合物5％-40％、纳米氧化锌0％-5％、纳米电气石粉2％-10％、纳米银0.1％-2％、泡沸石10％-20％、重质碳酸钙10％-15％、白水泥20％-25％、灰钙10％-20％、硅藻土7.5％-15％、润湿分散剂0.3％-0.5％、消泡剂0.3％-0.6％、保水剂0.3％-0.6％。

优选的，所述纳米金属有机框架壁材由以下重量份数原料组成：改性金属有机框架化合物25％、纳米氧化锌4％、纳米电气石粉4％、纳米银0.7％、泡沸石10％、重质碳酸钙10％、白水泥20％、灰钙10％、硅藻土15％、润湿分散剂0.5％、消泡剂0.4％、保水剂0.4％。

进一步的，所述改性金属有机框架化合物采用如下方法制备：

(1)向反应釜中加入六水合硝酸锌和2-甲基咪唑，然后加入氨基类化合物和N’N-二甲基甲酰胺的混合溶液，之后室温下搅拌5-20分钟，然后110-120度恒温反应20-24h；

(2)将所述步骤(1)中恒温反应后的物料自然冷却到室温，从反应釜中取出超声处理，然后洗涤并抽滤，将滤过产物干燥；

(3)将所述步骤(2)得到的干燥后的滤过产物与二氧化钛溶胶在球磨机中混合研磨2.5-3h即得改性金属有机框架化合物。

优选的，所述六水合硝酸锌和2-甲基咪唑的摩尔比为1:(1.5-6)，所述氨基类化合物和N’N-二甲基甲酰胺的摩尔比为1:(20-40)，所述N’N-二甲基甲酰胺摩尔量为固体反应物总摩尔量25-60倍。

优选的，所述氨基类化合物为3,4-二氨基苯磺酸或2-氨基对苯二甲酸。

优选的，所述步骤(2)中的超声频率为35-45KHz，更优选则为40KHz，超声处理时间15-20min。

优选的，所述步骤(2)的洗涤采用无水乙醇洗涤至少三次。

优选的，所述步骤(3)中的二氧化钛溶胶浓度为0.75mol/L。

上述进一步及优选技术方案的有益效果是：改性金属有机框架化合物孔径可达0.5nm-10nm之间，比表面积可达1000-1500m²/g，能够有效吸附并锁定室内的有毒有害气体，如甲醛，苯，甲苯等，并且与纳米氧化锌共同作用，可将甲醛分解成水和二氧化碳。

本发明的另一个目的在于提供一种纳米金属有机框架壁材的制备方法，采用如下步骤：按质量比例称取改性金属有机框架化合物5％-40％、纳米氧化锌0％-5％、纳米电气石粉2％-10％、纳米银0.1％-2％、泡沸石10％-20％、重质碳酸钙10％-15％、白水泥20％-25％、灰钙10％-20％、硅藻土7.5％-15％、润湿分散剂0.3％-0.5％、消泡剂0.3％-0.6％、保水剂0.3％-0.6％后混合均匀，之后混合物与水按体积比1：0.9混合搅拌均匀，静置5-10min后再次搅拌2-3min即可。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种具有环保净化功能的纳米金属有机框架壁材，材料本身环保无污染，对人体无毒害作用；含有改性金属有机框架化合物和泡沸石以及硅藻土，能有效吸收空气中的有毒有害物质、净化空气；含有纳米氧化锌和纳米银，可以将改性金属有机框架化合物、泡沸石和硅藻土吸附的甲醛气体，在自然光下分解成水和二氧化碳，能有效解决壁材甲醛吸附饱和的问题；另外含有纳米电气石粉，为天然矿物质材料，具有释放负氧离子的功能，可以增加室内环境负氧离子含量，改善室内空气，提高家居环境的舒适性，并且该纳米金属有机框架壁材还具有防火阻燃效果，可以耐350度高温灼烧；重要的是制备方法简便，具有很高的实用性。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

改性金属有机框架化合物的制备

具体采用如下步骤：

(1)向反应釜中加入摩尔比为1:(1.5-6)的六水合硝酸锌和2-甲基咪唑，然后加入摩尔量比为1:(20-40)的3,4-二氨基苯磺酸和N’N-二甲基甲酰胺的混合溶液，N’N-二甲基甲酰胺摩尔量为固体反应物总摩尔量25-60倍，之后室温搅拌5-20分钟，然后110-120℃恒温反应20-24h；

(2)步骤(1)恒温反应完成后，自然冷却到室温，取出超声处理15-20min分钟，然后抽滤并用无水乙醇洗涤三次，滤过产物干燥后与浓度为0.75mol/L的二氧化钛溶胶在球磨机中混合研磨3h即可得改性金属有机框架化合物。

对实施例1制得的改性金属有机框架化合物进行测定，其孔径在0.5nm-10nm之间，比表面积为1000-1500m²/g。

实施例2

纳米金属有机框架壁材的制备

按重量百分比称取改性金属有机框架化合物、纳米氧化锌、纳米电气石粉、纳米银、泡沸石、重质碳酸钙、白水泥、灰钙、硅藻土、润湿分散剂、消泡剂、保水剂，然后混合均匀，之后将混合物与水以体积比1:0.9进行混合搅拌均匀，之后静置5-10min后再次搅拌2-3min即可。

各实施例按照以下重量百分比称取原料：

试验例1

对实施例3-6得到的纳米金属有机框架壁和对比例1材进行测定，其平均孔径如下：

上述测定结果表明，采用本发明方法制备的纳米金属有机框架壁的平均孔径均在0.006μm-0.6μm之间，且具有较大的比表面积及负氧离子含量，均优于对比例1。

采用上述实施例3-6制得的纳米金属有机框架壁和对比例1进行吸附分解试验测定，结果如下：

一段时间后再次测定实施例3-6壁材和对比例1中的甲醛、苯和甲苯含量，

实施例3-6基本均趋近于0，而对比例1不变；

该测定结果表明本发明制得的壁材不仅对挥发性有毒气体进行良好吸附，而且将其分解；而对比例1不仅吸附能力差，且只是将有毒气体吸附，并未分解。

试验例2

对实施例3-6制得的纳米金属有机框架壁用350℃的火焰燃烧，材料不燃烧，且高温灼烧对材料吸附降解性能无影响。

经由上述实施例及试验例表明，本发明制得的纳米金属有机框架壁具有良好的吸附降解挥发性有毒物质的作用，并且耐高温灼烧，具有一定的防火阻燃功效。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种纳米金属有机框架壁材，其特征在于，由以下重量份数原料组成：改性金属有机框架化合物5％-40％、纳米氧化锌0％-5％、纳米电气石粉2％-10％、纳米银0.1％-2％、泡沸石10％-20％、重质碳酸钙10％-15％、白水泥20％-25％、灰钙10％-20％、硅藻土7.5％-15％、润湿分散剂0.3％-0.5％、消泡剂0.3％-0.6％、保水剂0.3％-0.6％；

其中，所述改性金属有机框架化合物采用如下方法制备：

(1)向反应釜中加入六水合硝酸锌和2-甲基咪唑，然后加入氨基类化合物和N’N-二甲基甲酰胺的混合溶液，之后室温下搅拌5-20min，然后110-120℃恒温反应20-24h；

(3)将所述步骤(2)得到的干燥后的滤过产物与二氧化钛溶胶在球磨机中混合研磨2.5-3h即得改性金属有机框架化合物；

所述六水合硝酸锌和2-甲基咪唑的摩尔比为1:(1.5-6)，所述氨基类化合物和N’N-二甲基甲酰胺的摩尔比为1:(20-40)，所述N’N-二甲基甲酰胺摩尔量为固体反应物总摩尔量25-60倍。

2.根据权利要求1所述的一种纳米金属有机框架壁材，其特征在于，由以下重量份数原料组成：改性金属有机框架化合物25％、纳米氧化锌4％、纳米电气石粉4％、纳米银0.7％、泡沸石10％、重质碳酸钙10％、白水泥20％、灰钙10％、硅藻土15％、润湿分散剂0.5％、消泡剂0.4％、保水剂0.4％。

3.根据权利要求1所述的一种纳米金属有机框架壁材，其特征在于，所述氨基类化合物为3,4-二氨基苯磺酸或2-氨基对苯二甲酸。

4.根据权利要求1所述的一种纳米金属有机框架壁材，其特征在于，所述步骤(2)中的超声频率为35-45KHz，超声处理时间15-20min。

5.根据权利要求1所述的一种纳米金属有机框架壁材，其特征在于，所述步骤(2)的洗涤采用无水乙醇洗涤至少三次。

6.根据权利要求1所述的一种纳米金属有机框架壁材，其特征在于，所述步骤(3)中的二氧化钛溶胶浓度为0.75mol/L。

7.根据权利要求1所述的一种纳米金属有机框架壁材，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：

步骤一：按质量比例称取改性金属有机框架化合物5％-40％、纳米氧化锌0％-5％、纳米电气石粉2％-10％、纳米银0.1％-2％、泡沸石10％-20％、重质碳酸钙10％-15％、白水泥20％-25％、灰钙10％-20％、硅藻土7.5％-15％、润湿分散剂0.3％-0.5％、消泡剂0.3％-0.6％、保水剂0.3％-0.6％后混合均匀；

步骤二：将步骤一所得混合物与水按体积比1：0.9混合搅拌均匀，静置5-10min后再次搅拌2-3min即得纳米金属有机框架壁材。