CN113351177B - 一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用 - Google Patents

一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113351177B
CN113351177B CN202110585969.XA CN202110585969A CN113351177B CN 113351177 B CN113351177 B CN 113351177B CN 202110585969 A CN202110585969 A CN 202110585969A CN 113351177 B CN113351177 B CN 113351177B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gel
pvdf
dimensional
humidity
ncs
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.)
Active
Application number
CN202110585969.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113351177A (zh
Inventor
罗洋辉
王聪
马淑华
董慧
张岚
方文霞
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.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast 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 Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN202110585969.XA priority Critical patent/CN113351177B/zh
Publication of CN113351177A publication Critical patent/CN113351177A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113351177B publication Critical patent/CN113351177B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • B01J20/26—Synthetic macromolecular compounds
    • B01J20/265—Synthetic macromolecular compounds modified or post-treated polymers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • 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
    • B01J20/28014—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 form
    • B01J20/28047—Gels
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/28—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from humid air
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
    • G01N5/02—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content
    • G01N5/025—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid by absorbing or adsorbing components of a material and determining change of weight of the adsorbent, e.g. determining moisture content for determining moisture content

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Colloid Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种湿度捕获凝胶、制备方法及其应用。本发明所述的湿度捕获凝胶由改性PVDF凝胶与二维范德华异质结材料共混制备而成，所述的改性PVDF凝胶为聚乙二醇改性的PVDF凝胶；所述的二维范德华异质结材料包括二维MOFs纳米片Zn(NCS)2(C4N2H4)2和二维MOFs纳米片Co(NCS)2(C4N2H4)2；所述的二维范德华异质结材料与改性PVDF凝胶的质量比为0.01‑2.5:3.7‑5。本发明方法制备的凝胶，制备方法简单，价格低廉，稳定性强，在湿度检测、太阳能捕获水等方面具有很好的应用前景。

Description

一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及纳米复合材料及其制备方法，特别涉及一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用。
背景技术
二维材料是一种具有原子厚度片状结构的材料，其具有独特的电子、光学和机械性能，已经成为了技术应用以及未开发的基础科学领域中最有潜力的材料。这些材料通常在平面内由共价键结合而基体间是弱的分子键结合。二维材料可以是导体、半导体，也可以是绝缘体；可以是化学惰性，也可以随时进行化学修饰。虽然二维材料有许多突出的优点，但是它们单独使用时存在一些缺陷，如石墨烯著名的零带隙问题；六角氮化硼带隙较大达到5.8ev；单层二硫化钼虽然具有合适的带隙，但其载流子的迁移率要比室温下的石墨烯还低；二维磷烯的载流子迁移率较大，但在含氧和潮湿环境下容易降解。二维材料的这些不足限制了其综合应用，因此，寻找解决办法至关重要，构建范德华异质结构脱颖而出。范德华异质结是由不带电荷的二维层状材料通过剥离成单片或几片之后与其他的单片或几片二维材料在垂直方向上通过范德华力相互堆叠形成的异质结构。通过选择不同的二维材料和特定的堆垛方式，各自的独特性质可以有机地结合在一起。范德华异质结在原子尺度上几乎无变化，即使在层状材料中存在很大的晶格不匹配，也能保持组装材料的电子结构稳定性。
基于水合作用的多孔材料可以作为有效的收集空气中的水分。一个典型的例子是，MOFs纳米材料能够在相对较低的湿度下主动捕获大气中的水蒸气，然后通过阳光释放水。但是由于MOFs纳米材料在较短的时间内就能达到吸附饱和，使得这些MOFs纳米材料吸附剂在即使是在相对湿度较高(大于50％RH)的情况下，也表现出相对较低的吸湿能力。其次有些多孔MOFs纳米材料稳定性较差、机械强度弱等缺点，在一定程度上限制了其在各个领域的应用。然而将MOFs纳米材料与一些功能材料结合制备的纳米复合材料，既可以有效地保留MOFs纳米材料优异的性能，也可以保留聚合物材料的优点，实现两种材料性能的互补。将MOFs纳米材料与聚合物进行性共混，可以制备出兼具MOFs纳米材料的高强度、亲水性和聚合物材料的易加工、灵活多变的等优点的复合材料，这对复合材料在湿度检测、太阳能捕获水等方面的应用具有重要意义。
发明内容
发明目的：本发明提供了一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用。本发明制备的湿度捕获凝胶以改性的PVDF凝胶为主体，制备方法简单，价格低廉，稳定性强，在湿度检测、太阳能捕获水方面具有很好的应用前景。
技术方案：本发明所述的一种湿度捕获凝胶，由改性PVDF凝胶与二维范德华异质结材料共混制备而成，所述的改性PVDF凝胶为聚乙二醇改性的PVDF凝胶；所述的二维范德华异质结材料包括二维MOFs纳米片Zn(NCS)2(C4N2H4)2和二维MOFs纳米片Co(NCS)2(C4N2H4)2；所述的二维范德华异质结材料与改性PVDF凝胶的质量比为0.01-2.5:3.7-5。
优选地，所述聚乙二醇为聚乙二醇-6000，PVDF为PVDF-50000。
优选地，所述的聚偏二氟乙烯与聚乙二醇的质量比为3-4:0.7-1。
更优选地，所述的聚偏二氟乙烯与聚乙二醇的质量比为3-4:0.8-0.9。
优选地，所述的Zn(NCS)2(C4N2H4)2与Co(NCS)2(C4N2H4)2摩尔比为0.8-1.2:0.8-1.2。
更优选地，所述的Zn(NCS)2(C4N2H4)2与Co(NCS)2(C4N2H4)2摩尔比为1:1。
优选地，所述的湿度捕获凝胶通过以下方法制备：聚乙二醇溶于二甲基甲酰胺(DMF)中，搅拌，聚乙二醇完全溶解后，缓慢加入聚偏二氟乙烯(PVDF)，搅拌直到溶质完全溶解，室温下，静置脱泡；将真空干燥后的二维范德华异质结材料2D-Zn[Zn(NCS)2(C4N2H4)2]/2D-Co[Zn(NCS)2(C4N2H4)2]加入PVDF与DMF的混合体系中，在25℃，20kHz条件下超声分散60-90min，在80-90℃下连续搅拌12-24h，使得凝胶液搅拌呈均一相，静置脱泡，将凝胶液冷却至室温，将凝胶液倒在洁净的方形模具中定形，得到二维范德华异质结改性的PVDF凝胶，即为湿度捕获凝胶。
本发明所述的一种湿度捕获凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将超薄二维MOFs纳米片Co(NCS)2(C4N2H4)2和Zn(NCS)2(C4N2H4)2按摩尔比0.8-1.2:0.8-1.2混合，分散在乙醇中，搅拌，静置，离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，旋蒸，真空干燥，得到二维范德华异质结2D-Zn/2D-Co；
(2)称取聚乙二醇溶于二甲基甲酰胺，待聚乙二醇完全溶解后，缓慢加入PVDF，搅拌直到完全溶解，脱泡；
(3)将真空干燥后的二维范德华异质结材料2D-Zn/2D-Co加入PVDF与二甲基甲酰胺的混合体系中，在25℃，20kHz条件下超声60-90min，并在80-90℃下连续搅拌12-24h，静置脱泡；将凝胶液冷却至室温，将凝胶液倒在洁净的模具中定形，得到湿度捕获凝胶。
步骤(1)中，所述的旋蒸温度为30-80℃。
步骤(1)中的乙醇溶液为质量百分浓度为95％的乙醇溶液。
步骤(2)中，聚乙二醇与二甲基甲酰胺的比例为0.7-1g:25-30mL。
优选地，所述的聚乙二醇与二甲基甲酰胺的比例为0.8-0.9g:25-30mL。
步骤(2)中，所述的聚偏二氟乙烯(PVDF)与聚乙二醇的比例为3-4g:0.7-1g。
步骤(3)中，加入二维范德华异质结材料2D-Zn/2D-Co的质量为0.01-2.5g。
步骤(1)或步骤(2)中，所述的超声的条件为20-60kHz条件下超声60-90min。
优选地，超薄二维MOFs纳米片Co(NCS)2(C4N2H4)2通过以下方法制备：在室温下，将Co(SCN)2溶于水溶液中，将吡嗪溶于丙酮溶液中；然后将Co(SCN)2水溶液缓慢加入吡嗪丙酮溶液中，搅拌混合后，离心，洗涤，干燥，得到三维前体材料；将所得到三维前体材料分散在95％的乙醇溶液中，在25℃，20kHz条件下超声60-90min，并在80-90℃下连续搅拌12-24h，静置，离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，旋蒸，干燥，得到超薄二维MOFs纳米片Co(NCS)2(C4N2H4)2。
更优选地，超薄二维MOFs纳米片Co(NCS)2(C4N2H4)2通过以下方法制备：在室温下，将Co(SCN)2溶于水溶液中，将吡嗪溶于丙酮溶液中；然后将Co(SCN)2水溶液缓慢加入吡嗪丙酮溶液中，在100-500rpm下搅拌1-3h，1000-2000rpm离心，清水洗涤，干燥，得到三维前体材料；将所得到的三维前体材料分散在95％的乙醇溶液中，在25-40℃，20-60kHz条件下超声60-90min；并在100-500rpm下搅拌12-24h，然后静置24-36h，100-1000rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，30-80℃旋蒸，干燥，得到绿色的固体粉末，即为超薄二维MOFs纳米片2D-Co(Co(NCS)2(C4N2H4)2)。
优选地，超薄二维MOFs纳米片Zn(NCS)2(C4N2H4)2通过以下方法制备：在室温下，将ZnSO4·7H2O和吡嗪分别溶于甲醇溶液中，然后得到的ZnSO4甲醇溶液缓慢加入吡嗪甲醇溶液中，搅拌；然后称取NH4SCN溶于甲醇溶液中，并将其加入到已得到的混合甲醇溶液中，搅拌，离心，洗涤，干燥，得到三维MOFs前体材料；将得到的三维MOFs前体材料分散在95％的乙醇溶液中，在25℃，20kHz条件下超声60-90min，并在80-90℃下连续搅拌12-24h，然后静置，离心除去沉淀，得到丁达尔溶液；并将所得到的丁达尔胶体溶液旋蒸，干燥，得到超薄二维MOFs纳米片Zn(NCS)2(C4N2H4)2。
更优选地，超薄二维MOFs纳米片Zn(NCS)2(C4N2H4)2通过以下方法制备：在室温下，将ZnSO4·7H2O和吡嗪分别溶于甲醇溶液中，然后将ZnSO4·7H2O甲醇溶液缓慢加入吡嗪甲醇溶液中，搅拌；然后称取NH4SCN溶于甲醇溶液中；并将其加入到得到的混合的甲醇溶液中，在100-500rpm下搅拌1-3h，1000-2000rpm离心、清水洗涤，干燥，得到三维MOFs前体材料；将所得到的三维MOFs前体材料分散在95％的乙醇溶液中，在25-40℃，20-60kHz条件下超声60-90min；并在100-500rpm下搅拌12-24h，然后静置24-36h，100-1000rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液；并将上述所得到的丁达尔胶体溶液30-80℃旋蒸，干燥，得到白色的固体粉末，即为超薄二维MOFs纳米片2D-Zn(Zn(NCS)2(C4N2H4)2)。
三维MOFs前体材料(包括上述的MOFs纳米片Zn(NCS)2(C4N2H4)2以及MOFs纳米片Co(NCS)2(C4N2H4)2)与溶液的比例为：0.1-0.2g:200-300mL。
其中：所述的Co(SCN)2与吡嗪的物质的量之比为1：2；Co(SCN)2与水的比例为0.4-0.5g:10-20mL；吡嗪与水的比例为0.1-0.2mg:15-20mL；三维MOFs前体材料与溶液的比例为：0.1-0.2g:200-300mL。
所述的ZnSO4·7H2O、吡嗪和NH4SCN的的物质的量之比为1:1:2；ZnSO4·7H2O与甲醇的比例为1.4-1.5g:10-20mL；吡嗪与甲醇的比例为0.4-0.5mg:15-20mL；NH4SCN与甲醇的比例为0.7-0.8g:10-20mL；三维MOFs前体材料与溶液的比例为:0.1-0.15g:200-300mL。
所述的聚乙二醇-6000与二甲基甲酰胺(DMF)的比例为0.7-1g:25-30mL，聚偏二氟乙烯(PVDF)与聚乙二醇-6000的比例为3-4g:0.7-1g。
优选地，聚偏二氟乙烯(PVDF)与聚乙二醇的比例为3-4g:0.8-0.9g。
本发明所述的湿度捕获凝胶在湿度检测及太阳能捕获水中的应用。
优选地，本发明所述的湿度捕获凝胶的制备方法为：
将超薄二维MOFs纳米片[Co(NCS)2(pyz)2]和[Zn(NCS)2(pyz)2]按摩尔比1:1混合，分散在溶液中，在100-500rpm下搅拌12-24h，然后静置24-36h，100-1000rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，旋干，即得到所述的二维维范德华异质结2D-Zn/2D-Co。
1)称取聚乙二醇溶于二甲基甲酰胺(DMF)中，随后放入磁力搅拌器中搅拌，待聚乙二醇完全溶解后,调整转速形成小漩涡，缓慢加入聚偏二氟乙烯PVDF，搅拌2-3h直到溶质完全溶解。室温下，静置1h脱泡。
2)将真空干燥后的二维范德华异质结材料2D-Zn/2D-Co加入PVDF与DMF的混合体系中在25℃，20kHz条件下超声1-2h，转移至油浴锅中在80-90℃下连续搅拌12-24h，使得凝胶液搅拌呈均一相。静置脱泡至少24-48h。将凝胶液冷却至室温，将凝胶液倒在洁净的方形模具中定形，得到二维范德华异质结改性的PVDF凝胶。
除非另有说明，本发明中所述的“％”为质量百分比。
有益效果：(1)本发明提供一种简易的二维范德华异质结改性的PVDF凝胶的制备方法；(2)本发明提供的二维范德华异质结改性的PVDF凝胶在太阳能水捕获、海水淡化等方面具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为PVDF凝胶的扫描电镜图；
图2为改性的PVDF凝胶的扫描电镜图；
图3为不同二维范德华异质结含量的改性的PVDF凝胶的等温吸附曲线。
具体实施方式
以下结合说明附图和具体实施例来进一步说明此发明。值得注意的是，此处具体实施例仅作为解释说明本发明，并不用于限定本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂，方法和设备为本技术领域常规试剂，方法和设备。所用的材料和试剂均为市售。
实施例1：二维范德华异质结改性的PVDF凝胶通过以下步骤制备：
1)在室温下，将0.434g(2.5mmol)的Co(SCN)2溶于10mL水溶液中，将0.405g(5.0mmol)的吡嗪(PyZ)溶于15mL丙酮溶液中；然后将Co(SCN)2水溶液缓慢加入吡嗪丙酮溶液中，在100rpm下搅拌1h，1000rpm离心，清水洗涤，干燥，得到三维前体材料。将所得到的三维前体材料称取0.1g分散在200mL的95％乙醇中，在25℃，20kHz条件下超声60min；并在100rpm下搅拌12h，然后静置24h，100rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，旋蒸，干燥，得到绿色的固体粉末，即为超薄二维MOFs纳米片2D-Co(Co(NCS)2(C4N2H4)2)；
2)在室温下，将1.438g(5mmol)的ZnSO4·7H2O溶于10mL甲醇中和0.4404g(5mmol)的吡嗪溶于15mL的甲醇溶液中，然后将ZnSO4·7H2O甲醇溶液缓慢加入吡嗪甲醇溶液中，搅拌；然后称取0.761g(10mmol)的NH4SCN溶于10mL的甲醇溶液中，并将其加入到上述混合的甲醇溶液中，在100rpm下搅拌1h，1000rpm离心、清水洗涤，干燥，得到三维MOFs前体材料。将上述所得到的材料分散在95％的乙醇溶液中，在25℃，20kHz条件下超声60min；并在100rpm下搅拌12h，然后静置24h，100rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液；并将上述所得到的丁达尔胶体溶液旋蒸，干燥，得到白色的固体粉末，即为超薄二维MOFs纳米片2D-Zn(Zn(NCS)2(C4N2H4)2)；
3)将超薄二维MOFs纳米片[Co(NCS)2(pyz)2]和[Zn(NCS)2(pyz)2]按摩尔比1:1混合，分散在95％的乙醇溶液中，在100rpm下搅拌12h，然后静置24h，100rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，旋干，即得到二维维范德华异质结2D-Zn/2D-Co。
4)称取0.8g的聚乙二醇-6000溶于25mL的二甲基甲酰胺(DMF)中，随后放入磁力搅拌器中搅拌，待聚乙二醇-6000完全溶解后，调整转速形成小漩涡，逐渐加入3g的聚偏二氟乙烯PVDF-50000，搅拌2h直到溶质完全溶解。室温下，静置1h脱泡。
5)将真空干燥后的10mg的二维范德华异质结材料2D-Zn/2D-Co加入PVDF与DMF的混合体系中在25℃，20kHz条件下超声1h，转移至油浴锅中在80℃下连续搅拌12h，使得凝胶液搅拌呈均一相。静置脱泡至少24h。待凝胶液冷却至室温，将凝胶液倒在洁净的方形模具中定形，得到二维范德华异质结改性的PVDF凝胶。
实施例2：二维范德华异质结改性的PVDF凝胶通过以下步骤制备
1)在室温下，将0.434g(2.5mmol)Co(SCN)2溶于20mL水溶液中，将0.405g(5.0mmol)吡嗪溶于20mL丙酮溶液中；然后将Co(SCN)2水溶液缓慢加入吡嗪丙酮溶液中，在500rpm下搅拌3h，2000rpm离心，清水洗涤，干燥，得到三维前体材料。将所得到的材料称取0.2g分散在300mL的95％的乙醇溶液中，在40℃，60kHz条件下超声90min；并在500rpm下搅拌24h，然后静置36h，1000rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，旋蒸，干燥，得到绿色的固体粉末，即为超薄二维MOFs纳米片2D-Co(Co(NCS)2(C4N2H4)2)；2)在室温下，将1.438g(5mmol)的ZnSO4·7H2O和0.4404g(5mmol)的吡嗪分别溶于20mL甲醇溶液中，然后将ZnSO4·7H2O甲醇溶液缓慢加入吡嗪甲醇溶液中，搅拌；然后称取0.761g(10mmol)NH4SCN溶于20mL的甲醇溶液中；并将其加入到上述混合的甲醇溶液中，在500rpm下搅拌3h，2000rpm离心、清水洗涤，干燥，得到三维MOFs前体材料。将上述所得到的材料称取0.15g分散在300mL的95％的乙醇溶液中，在40℃，60kHz条件下超声90min；并在500rpm下搅拌24h，然后静置36h，1000rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液；并将上述所得到的丁达尔胶体溶液旋蒸，干燥，得到白色的固体粉末，即为超薄二维MOFs纳米片2D-Zn(Zn(NCS)2(C4N2H4)2)；
3)将超薄二维MOFs纳米片[Co(NCS)2(pyz)2]和[Zn(NCS)2(pyz)2]按摩尔比1:1混合，分散在95％的乙醇溶液中，在500rpm下搅拌24h，然后静置36h，1000rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，旋干，即得到所述的二维维范德华异质结2D-Zn/2D-Co。
4)称取0.9g的聚乙二醇-6000溶于30mL二甲基甲酰胺(DMF)中，随后放入磁力搅拌器中搅拌，待聚乙二醇-6000完全溶解后，调整转速形成小漩涡，逐渐加入4g的聚偏二氟乙烯PVDF-50000，搅拌3h直到溶质完全溶解。室温下，静置1h脱泡。
5)将真空干燥后的20mg的二维范德华异质结材料2D-Zn/2D-Co加入PVDF与DMF的混合体系中超声分散2h，转移至油浴锅中在90℃下连续搅拌24h，使得凝胶液搅拌呈均一相。静置脱泡至少48h。待凝胶冷却至室温，将凝胶液倒在洁净的方形模具中定形，得到二维范德华异质结改性的PVDF凝胶。
实施例3：二维范德华异质结改性的PVDF凝胶通过以下步骤制备：
1)在室温下，将0.434g(2.5mmol)Co(SCN)2溶于20mL水溶液中，将0.405g(5.0mmol)吡嗪溶于20mL丙酮溶液中；然后将Co(SCN)2水溶液缓慢加入吡嗪丙酮溶液中，在300rpm下搅拌2h，1500rpm离心，清水洗涤，干燥，得到三维前体材料。将所得到的材料称取0.2g分散在300mL的95％的乙醇溶液中，在30℃，50kHz条件下超声80min；并在400rpm下搅拌18h，然后静置30h，700rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，旋蒸，干燥，得到绿色的固体粉末，即为超薄二维MOFs纳米片2D-Co(Co(NCS)2(C4N2H4)2)；
2)在室温下，将1.438g(5mmol)的ZnSO4·7H2O和0.4404g(5mmol)的吡嗪分别溶于20mL甲醇溶液中，然后将ZnSO4·7H2O甲醇溶液缓慢加入吡嗪甲醇溶液中，搅拌；然后称取0.761g(10mmol)NH4SCN溶于20mL的甲醇溶液中；并将其加入到上述混合的甲醇溶液中，在400rpm下搅拌2h，1500rpm离心、清水洗涤，干燥，得到三维MOFs前体材料。将所得到的材料称取0.15g分散在300mL的95％的乙醇溶液中，在30℃，50kHz条件下超声80min；并在400rpm下搅拌18h，然后静置30h，700rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液；并将上述所得到的丁达尔胶体溶液旋蒸，干燥，得到白色的固体粉末，即为超薄二维MOFs纳米片2D-Zn(Zn(NCS)2(C4N2H4)2)；
3)将超薄二维MOFs纳米片[Co(NCS)2(pyz)2]和[Zn(NCS)2(pyz)2]按摩尔比1:1混合，分散在95％的乙醇溶液中，在400rpm下搅拌18h，然后静置30h，700rpm离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，旋干，即得到所述的二维维范德华异质结2D-Zn/2D-Co。
4)称取0.85g的聚乙二醇-6000溶于30mL的二甲基甲酰胺(DMF)中，随后放入磁力搅拌器中搅拌，待聚乙二醇-6000完全溶解后，调整转速形成小漩涡，逐渐加入3.5g的聚偏二氟乙烯PVDF-50000，搅拌2.5h直到溶质完全溶解。凝胶液完全溶解后，放入真空干燥箱中静置1h脱泡。
5)将真空干燥后的15mg的二维范德华异质结材料2D-Zn/2D-Co加入PVDF与DMF的混合体系中超声分散1.5h，转移至油浴锅中在85℃下连续搅拌18h，使得凝胶液搅拌呈均一相。静置脱泡至少36h。待凝胶液冷却至室温，将凝胶液倒在洁净的方形模具中定形，得到二维范德华异质结改性的PVDF凝胶。
将PVDF凝胶以及改性的PVDF在烘箱(45℃)中干燥，用扫描电镜分别对PVDF凝胶以及改性的PVDF进行形貌表征分析，图1为实施例3步骤4)制备的未经改性的含有聚乙二醇的PVDF凝胶，图2是实施例3中经过改性得到的PVDF凝胶，结果表明，与未改性之前的PVDF凝胶的光滑表面相比，改性后的凝胶的骨架变得更加粗糙。
对本发明的改性的PVDF凝胶进一步做以下实验：按照实施例3的方法制备不同比例含量的复合凝胶，分别称取真空干燥后的范德华异质结材料2D-Co/2D-Zn样品(2D-Co以及2D-Zn摩尔比为1:1)，2D-Co/2D-Zn分别占PEG改性的PVDF的中质量的10％、20％、30％、40％、50％、70％。将改性的PVDF凝胶放在玻璃片上并暴露于大气中，并在设定的时间间隔内，通过在电子天平上称取凝胶的重量来研究吸附速率和吸附容量，来绘制不同二维范德华异质结含量的改性的PVDF凝胶的等温吸附曲线(见图3)。从改性的PVDF凝胶的等温吸附曲线可以得知，由于2D-Co/2D-Zn被均匀的分散在凝胶中，使得2D-Co/2D-Zn可以与大气中的水分子充分接触，因此凝胶表现出可持续和高容量吸湿的能力。当凝胶中异质结材料的含量足够大时，其在有限凝胶空间内并未得到均匀地分散，故其吸附能力大大降低，所以凝胶的吸水性随着异质结含量的增大呈现出先逐渐增大后有减小的趋势。

Claims (9)

1.一种湿度捕获凝胶，其特征在于，由改性PVDF凝胶与二维范德华异质结材料共混制备而成，所述的改性PVDF凝胶为聚乙二醇改性的PVDF凝胶；所述的二维范德华异质结材料包括二维MOFs纳米片Zn(NCS)2(C4N2H4)2和二维MOFs纳米片Co(NCS)2(C4N2H4)2；所述的二维范德华异质结材料与改性PVDF凝胶的质量比为0.01-2.5:3.7-5；所述的PVDF与聚乙二醇的质量比为3-4:0.7-1；所述的Zn(NCS)2(C4N2H4)2与Co(NCS)2(C4N2H4)2摩尔比为0.8-1.2:0.8-1.2；所述的改性PVDF凝胶通过以下方法制备：聚乙二醇溶于二甲基甲酰胺，待聚乙二醇完全溶解后，缓慢加入PVDF，搅拌直到完全溶解，脱泡。
2.根据权利要求1所述的湿度捕获凝胶，其特征在于，所述的聚乙二醇为聚乙二醇-6000，PVDF为PVDF-50000。
3.根据权利要求1所述的湿度捕获凝胶，其特征在于，所述的PVDF与聚乙二醇的质量比为3-4:0.8-0.9；所述的Zn(NCS)2(C4N2H4)2与Co(NCS)2(C4N2H4)2摩尔比为1:1。
4.一种如权利要求1所述的湿度捕获凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将二维MOFs纳米片Co(NCS)2(C4N2H4)2和Zn(NCS)2(C4N2H4)2按摩尔比0.8-1.2:0.8-1.2混合，分散在乙醇溶液中，搅拌，静置，离心除去沉淀，得到丁达尔溶液，旋蒸，真空干燥，得到二维范德华异质结材料2D-Zn/2D-Co；
（2）聚乙二醇溶于二甲基甲酰胺，待聚乙二醇完全溶解后，缓慢加入PVDF，搅拌直到完全溶解，脱泡；
（3）将真空干燥后的二维范德华异质结材料2D-Zn/2D-Co加入PVDF与二甲基甲酰胺的混合体系中在25℃，20kHz条件下超声60-90min，在80-90℃下连续搅拌12-24h，静置脱泡；将凝胶液冷却至室温，将凝胶液倒在洁净的方形模具中定形，得到湿度捕获凝胶。
5.根据权利要求4所述的湿度捕获凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的旋蒸温度为30-80℃。
6.根据权利要求4所述的湿度捕获凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，聚乙二醇与二甲基甲酰胺的比例为0.7-1g:25-30mL。
7.根据权利要求4所述的湿度捕获凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，加入二维范德华异质结材料2D-Zn/2D-Co的质量为0.01-2.5g。
8.根据权利要求4所述的湿度捕获凝胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）或步骤（2）中，所述超声的条件为20-60kHz条件下超声60-90min。
9.一种如权利要求1所述的湿度捕获凝胶在湿度检测及太阳能捕获水中的应用。
CN202110585969.XA 2021-05-27 2021-05-27 一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用 Active CN113351177B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110585969.XA CN113351177B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110585969.XA CN113351177B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113351177A CN113351177A (zh) 2021-09-07
CN113351177B true CN113351177B (zh) 2022-08-26

Family

ID=77527955

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110585969.XA Active CN113351177B (zh) 2021-05-27 2021-05-27 一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113351177B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114166681B (zh) * 2021-11-12 2024-10-01 常州大学 基于高分子/无机复合敏感材料的qcm湿度传感器及其制备方法
CN116102834B (zh) * 2022-11-22 2024-04-02 东南大学 一种光致变色可复写薄膜及制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105498553A (zh) * 2015-12-11 2016-04-20 华南理工大学 一种聚偏氟乙烯-金属有机骨架复合超滤膜及制备与应用
CN108786494A (zh) * 2018-05-31 2018-11-13 昆明理工大学 一种UiO-66复合膜材料的制备方法
CN110075725A (zh) * 2019-06-04 2019-08-02 武汉轻工大学 一种改性聚偏氟乙烯膜的制备方法
CN110605028A (zh) * 2019-08-19 2019-12-24 上海应用技术大学 一种高机械强度的聚偏氟乙烯混合基质膜的制备方法
CN110743376A (zh) * 2019-09-12 2020-02-04 武汉绿帆世纪科技有限公司 一种新型PVDF-COF-MOFs三元基质混合膜及其制备方法
CN111282545A (zh) * 2020-02-10 2020-06-16 东南大学 一种二维范德华异质结及其应用
CN112691560A (zh) * 2020-10-23 2021-04-23 南北兄弟药业投资有限公司 一种MOFs-PVDF复合超滤膜的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105498553A (zh) * 2015-12-11 2016-04-20 华南理工大学 一种聚偏氟乙烯-金属有机骨架复合超滤膜及制备与应用
CN108786494A (zh) * 2018-05-31 2018-11-13 昆明理工大学 一种UiO-66复合膜材料的制备方法
CN110075725A (zh) * 2019-06-04 2019-08-02 武汉轻工大学 一种改性聚偏氟乙烯膜的制备方法
CN110605028A (zh) * 2019-08-19 2019-12-24 上海应用技术大学 一种高机械强度的聚偏氟乙烯混合基质膜的制备方法
CN110743376A (zh) * 2019-09-12 2020-02-04 武汉绿帆世纪科技有限公司 一种新型PVDF-COF-MOFs三元基质混合膜及其制备方法
CN111282545A (zh) * 2020-02-10 2020-06-16 东南大学 一种二维范德华异质结及其应用
CN112691560A (zh) * 2020-10-23 2021-04-23 南北兄弟药业投资有限公司 一种MOFs-PVDF复合超滤膜的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
纳米TiO2共混改性PVDF复合膜的制备和性能;由钰婷，等;《材料研究学报》;20120630;第26卷(第3期);第247-254页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113351177A (zh) 2021-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113351177B (zh) 一种湿度捕获凝胶、制备方法及应用
CN102614871B (zh) 一种液相法制备石墨烯/银纳米粒子复合材料的方法
CN108976433B (zh) 一种液相剥离法制备金属有机框架纳米片的方法
CN108530073A (zh) 一种柔性自支撑三维多孔石墨烯膜的制备方法
CN106669608B (zh) 一种氧化石墨烯包裹金属有机骨架材料及其制备方法
CN108047806B (zh) 一种石墨烯/Ag-炭微球气凝胶涂料及其制备方法和应用
CN110416548A (zh) 一种氮掺杂多孔碳的二维结构的制备方法及其应用
CN107381560A (zh) 一种石墨烯/纳米颗粒气凝胶的快速制备方法
CN113648850B (zh) 具有高通量和高去除率MXene/还原多孔氧化石墨烯(r-HGO)复合膜的制备方法
CN106531459A (zh) 一种石墨烯/活性炭复合膜的制备方法及超级电容器电极
CN109847723A (zh) 一种聚乙烯醇/zif-8多孔复合材料的制备方法
CN113353917B (zh) 自支撑二维介孔纳米材料的可控制备方法
CN111589435A (zh) 一种多孔还原氧化（碳纳米管/石墨烯）纳米材料及其制备方法和应用
CN110364712A (zh) 一种多孔碳@氮掺杂多孔碳核壳结构的制备方法及其应用
CN111282545A (zh) 一种二维范德华异质结及其应用
US11878267B2 (en) Mixed matrix membrane (MMM) and method of H2/CO2 gas separation by using MMM
CN113617355A (zh) 一种镶嵌纳米颗粒的功能介孔材料及其原位嵌入组装方法和应用
CN108793135A (zh) 一种石墨烯多孔膜及其制备方法
CN108499534B (zh) 一种含石墨烯金属有机骨架致密气体分离杂化材料及制备方法
CN115101736A (zh) 三维NiPc-NiFe@Ti3C2TxMXene复合材料的制备方法及其产品和应用
CN109036877B (zh) 多孔型石墨烯/过渡金属硫属化合物薄膜的制备方法
CN103113535A (zh) 基于表面引发聚合的有机-无机纳米复合材料的复合方法
CN114950167B (zh) 一种超高负载MOFs基混合基质膜的制备方法
CN115322387B (zh) 双调节剂竞争配位制备二维金属有机框架电催化剂的方法
CN103131211B (zh) 一种碳纳米管-锂钛掺杂的氧化镍复合物及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant