CN109971186A - 沸石咪唑骨架材料zif-8/酪素复合材料及其制备方法 - Google Patents

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徐群娜
仇瑞杰
马建中
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明属于有机/无机功能型复合材料领域，具体涉及一种沸石咪唑骨架材料ZIF‑8/酪素复合材料及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤一、酪素/2‑甲基咪唑溶液的制备；步骤二、Zn2+溶液的制备；步骤三、Zn2+溶液倒入酪素/2‑甲基咪唑溶液中，搅拌后，静置陈化；步骤四、离心干燥收集陈化后生成的白色沉淀物，即为ZIF‑8/酪素复合材料。本发明通过原位聚合的方式，获得ZIF‑8/酪素复合材料，不仅可以改善酪素易发霉的缺陷，同时可以提高ZIF‑8材料的晶型结构以及稳定性。

Description

沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于有机/无机功能型复合材料领域，具体涉及一种沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料及其制备方法。
背景技术
金属有机骨架化合物(MOFs，也称为配位聚合物)，是新一代的晶体材料，它主要是由金属离子与有机配体通过自组装作用而形成的一种有机无机多孔配合物。ZIF-8作为MOFs材料中的一种，它最主要的结构特征是具有比面积高，热稳定性好，孔隙、粒子尺寸可调，孔隙率高，孔大小分布均匀等特点这使其在气体吸附与分离、催化等领域有着广泛应用。然而，单一的ZIF-8材料本身也具有一些缺点，机械强度低，材料稳定性差等，这些缺点限制了它的进一步应用[Doonan C , Raffaele Riccò, Liang K , et al. Metal–Organic Frameworks at the Biointerface: Synthetic Strategies and Applications[J]. Accounts of Chemical Research, 2017, 50(6):1423-1432.李莹, 林雨, 孙晓英,et al. MOF复合材料的制备及应用研究进展[J]. 化工新型材料, 2018.]。
近年来，人们为了改善ZIF-8缺点的同时也希望扩宽它的应用领域，因此人们开始尝试将ZIF-8与一些具有独特的光学、电学、磁性和催化性能的功能材料复合，如：金属氧化物纳米粒子、量子点、聚合物、生物酶和导电碳材料等，制造出同时拥有ZIF-8的独特结构和功能材料优异性能的复合材料，产生单相材料所不具有的物理、化学性质。目前这些复合材料已被广泛应用于传感器和生物医药等领域。而ZIF-8由于存在有机配体使得ZIF-8与聚合物有相对较好的相容性，可以方便实现有机/无机复合材料的制备，因此，越来越多的研究者将ZIF-8与聚合物复合，制备出兼具二者优异性能的复合材料，用来更好地扩宽其应用价值[郭学彬, 何一鸣, 孙晓芳, et al. MOFs/聚合物复合膜研究进展[J]. 化工新型材料,2017(08):25-26+29.童琳, 莫名月, 杜奕霖, et al. MOFs复合材料的制备及其应用研究进展[J]. 当代化工研究, 2018(8).]。
酪素作为一种天然蛋白质，具有原料易得、可生物降解并再生、生物相容性好等优点，但是酪素作为蛋白质存在易发霉的缺点，将酪素与ZIF-8复合制备出ZIF-8/酪素复合材料，不仅可以改善酪素易发霉的缺陷，同时可以提高ZIF-8材料的晶型结构以及稳定性。
发明内容
本发明的提供一种沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料及其制备方法，对于扩宽ZIF-8、酪素的应用的领域具有重要意义。
为了达到上述目的，本发明提供的沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、酪素/2-甲基咪唑溶液的制备：
称取0.005~0.3g干酪素，称取0.132~4.522g 2-甲基咪唑，加入到20mL pH为8~12的碱性溶液中，磁力搅拌使其溶解；
步骤二、Zn2+溶液的制备：
称取0.238g六水合硝酸锌，加入到20mL的蒸馏水中，磁力搅拌使其溶解；
步骤三：将步骤二制得的Zn2+溶液倒入步骤一制得的酪素/2-甲基咪唑溶液中，磁力搅拌后，静置陈化；
步骤四：陈化后有白色沉淀物生成，离心干燥收集的白色沉淀物，即为ZIF-8/酪素复合材料。
上述步骤一中的碱性溶液为氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液或碳酸氢钠溶液。
上述制备方法中，六水合硝酸锌与2-甲基咪唑的质量比为2：1~19，六水合硝酸锌与水的质量比为1：80。
上述步骤三中磁力搅拌时长为5~20s之间，陈化时间6~18h。
根据上述沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料的制备方法制得的沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料。
本发明的有益效果是：
本发明通过原位聚合的方式获得ZIF-8/酪素复合材料，酪素的引入可以提升ZIF-8与有机物的相容性，同时还可以使ZIF-8在制备过程中更加简单便捷，形貌更加规整，除此之外，还改善了酪素本身易发霉的缺点，有望将其应用在气体吸附、分离，生物医药等领域，扩宽酪素的应用领域。
附图说明
图1是实施例2所制备的复合材料的X射线衍射图谱。
图2是实施例2所制备的复合材料的扫描电镜图。
图1中，a为酪素，b为ZIF-8，c为制得的ZIF-8/酪素复合材料。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式包括但不限于以下实施例表示的范围。
实施例1：
步骤一、酪素/2-甲基咪唑溶液的制备：
配置pH为12的氢氧化钠碱性溶液20mL，称取质量分数0.01g干酪素，称取0.263g 2-甲基咪唑，加入到烧杯中，磁力搅拌使其溶解；
步骤二、Zn2+溶液的制备：
量取20mL的蒸馏水，称取0.238g六水合硝酸锌，加入到烧杯中，磁力搅拌使其溶解；
步骤三：步骤二制得的Zn2+溶液倒入步骤一制得的酪素/2-甲基咪唑溶液中，磁力搅拌5s后，静置陈化6h；
步骤四：陈化后有白色沉淀物生成，离心干燥收集的白色沉淀物，即为ZIF-8/酪素复合材料。
实施例2：
步骤一、酪素/2-甲基咪唑溶液的制备：
配置pH为9的碳酸氢钠碱性溶液20mL，称取质量分数0.05g干酪素，称取0.132g 2-甲基咪唑，加入到烧杯中，磁力搅拌使其溶解；
步骤二、Zn2+溶液的制备：
量取20mL的蒸馏水，称取0.238g六水合硝酸锌，加入到烧杯中，磁力搅拌使其溶解；
步骤三：将步骤二制得的Zn2+溶液倒入步骤一制得的酪素/2-甲基咪唑溶液中，磁力搅拌10s后，静置陈化12h；
步骤四：陈化后有白色沉淀物生成，离心干燥收集的白色沉淀物，即为ZIF-8/酪素复合材料。
实施例3：
步骤一、酪素/2-甲基咪唑溶液的制备：
配置pH为11的碳酸钠碱性溶液20mL，称取质量分数0.3g干酪素，称取4.6025g 2-甲基咪唑，加入到烧杯中，磁力搅拌使其溶解；
步骤二、Zn2+溶液的制备：
量取20mL的蒸馏水，称取0.238g六水合硝酸锌，加入到烧杯中，磁力搅拌使其溶解；
步骤三：将步骤二制得的Zn2+溶液倒入步骤一制得的酪素/2-甲基咪唑溶液中，磁力搅拌20s后，静置陈化16h；
步骤四：陈化后有白色沉淀物生成，离心干燥收集的白色沉淀物，即为ZIF-8/酪素复合材料。
参见图1，图1为实施例2所制备的复合材料的X射线衍射图谱（XRD图）。图1中，a为酪素，b为ZIF-8，c为制得的ZIF-8/酪素复合材料。通过XRD对比可知，ZIF-8/酪素复合材料与ZIF-8材料相比，所有的出峰位置几乎一致，这证明制备得到的为ZIF-8/酪素复合材料。
参见图2，图2为实施例2所制备的复合材料的扫描电镜图（SEM图）。通过SEM图可知，制备得到的ZIF-8/酪素复合材料是一种菱形十二面体，尺寸约为500 nm。

Claims (5)

1.沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料的制备方法，其特征在于：
步骤一、酪素/2-甲基咪唑溶液的制备：
称取0.005-0.3g干酪素，称取0.132~4.522g 2-甲基咪唑，加入到20mL pH为8-12的碱性溶液中，磁力搅拌使其溶解；
步骤二、Zn2+溶液的制备：
称取0.238g六水合硝酸锌，加入到20mL的蒸馏水中，磁力搅拌使其溶解；
步骤三：将步骤二制得的Zn2+溶液倒入步骤一制得的酪素/2-甲基咪唑溶液中，磁力搅拌后，静置陈化；
步骤四：陈化后有白色沉淀物生成，离心干燥收集的白色沉淀物，即为ZIF-8/酪素复合材料。
2.根据权利要求1所述的沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料的制备方法，其特征在于：
所述制备方法中，六水合硝酸锌与2-甲基咪唑的质量比为2：1~19，六水合硝酸锌与水的质量比为1：80。
3.根据权利要求2所述的沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤一中的碱性溶液为氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液或碳酸氢钠溶液。
4.根据权利要求3所述的沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料的制备方法，其特征在于：
所述步骤三中磁力搅拌时长为5-20s之间，陈化时间6~18h。
5.如权利要求1所述的沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料的制备方法制得的沸石咪唑骨架材料ZIF-8/酪素复合材料。
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