CN114957686B - Zif-8结构和分散液的制备方法、分散液的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ZIF‑8结构和分散液的制备方法、分散液的应用，涉及功能性材料制备技术领域。ZIF‑8结构是以锌源和有机配体为原料，采用室温水相聚合法，制备得到具有三维花状结构的ZIF‑8金属有机框架；其中，锌源与有机配体的物质的量之比为1：20～35。通过筛选锌源和有机配体的比例，使得二者在室温条件下水相反应即可混合反应制备出具有三维花状结构的ZIF‑8金属有机框架，该方法无需加入有机溶剂，制备方法简单易操作，反应条件温和。三维花状结构的ZIF‑8金属有机框架由于其表面粗糙度较大，因此具有良好的超疏水或超亲油的特性，可用于防水涂料的应用。
Description
技术领域
本发明涉及功能性材料制备技术领域，具体而言，涉及一种ZIF-8结构和分散液的制备方法、分散液的应用。
背景技术
科研工作者通过研究荷叶表面的微观结构，发现超疏水表面的构建需要两个要素，例如可以在低表面能表面构建微纳米粗糙结构，或者在粗糙界面修饰低表面能物质。基于此，科研工作者开发出各种不同的超疏水界面的构建方法。其中，具有异质结构的聚合物微球，因其高表面粗糙度而备受关注。
三维花状结构微球因为具有三维的纳米花状粗糙结构，非常有利于超疏水涂层的构建。目前，关于三维花状结构材料的构建大多数是采用化学气相沉积法、电沉积法或者溶剂热法制备得到的，其制备方法复杂繁琐，需要特定的仪器设备等不足，一定程度上限制了三维花状结构聚合物材料在超疏水涂层方面的应用。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种ZIF-8结构和分散液的制备方法、分散液的应用，通过室温水相聚合法即可制备得到具有三维花状结构ZIF-8，克服了传统制备方法复杂繁琐的缺点。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种ZIF-8结构的制备方法，以锌源和有机配体为原料，采用室温水相聚合法，制备得到具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架；其中，锌源与有机配体的物质的量之比为1：20～35。
第二方面，本发明提供一种分散液的制备方法，包括将前述实施方式任一项的制备方法制备得到的具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架结构进行超疏水处理后分散于溶液中。
第三方面，本发明提供一种分散液，由前述实施方式任一项的制备方法制备得到。
第四方面，本发明提供一种如前述实施方式的具有三维花状结构ZIF-8的分散液的应用，包括将具有三维花状结构ZIF-8的分散液用于制备超疏水涂层。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种ZIF-8结构和分散液的制备方法、分散液的应用。通过筛选锌源和有机配体的比例，使得二者在室温条件下水相反应即可混合反应制备出具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架，该方法无需加入有机溶剂，制备方法简单易操作，反应条件温和。且通过该方法制备得到的三维花状结构的ZIF-8金属有机框架由于其表面粗糙度较大，因此具有良好的超疏水或超亲油的特性，可用于防水涂料的应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1提供的分散液的扫描电镜图；
图2为本发明实施例2提供的分散液的扫描电镜图；
图3为本发明实施例3提供的分散液的扫描电镜图；
图4为本发明实施例4提供的分散液的扫描电镜图；
图5为本发明对比例1提供的分散液的扫描电镜图；
图6为本发明对比例2提供的分散液的扫描电镜图；
图7为本发明对比例3提供的分散液的扫描电镜图；
图8为本发明实施例1～4提供的分散液制备的超疏水涂层与水滴的静态接触角光学图；
图9为本发明实施例4提供的分散液制备的超疏水涂层的水接触角实验过程的光学示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
第一方面，本发明提供了一种ZIF-8结构的制备方法，以锌源和有机配体为原料，采用室温水相聚合法，制备得到具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架。
其中，锌源和有机配体的物质的量之比为1：20～35。由于ZIF-8金属有机框架时是通过有机配体在锌源表面生长形成的，因此锌源和有机配体的比例尤为重要，当锌源和有机配体的物质的量之比低于上述范围时得到的ZIF-8金属有机框架为棒状结构，表面粗糙度较低，当锌源和有机配体的物质的量之比超过上述范围时得到的ZIF-8金属有机框架为正十二面体结构，表面粗糙度进一步降低。
需要说明的是，室温水相聚合法是指，在室温条件下，将锌源和有机配体在水中原位合成，通过控制二者的比例得到具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架。其中，本发明中提到的室温条件本领域技术人员可以常规理解，例如温度为5～30℃均可。
ZIF-8结构即是ZIF-8金属有机框架，是一种以锌源为核心，有机配体为连接体连接形成的三维网状纳米粒子，具有高比表面积、高结晶度和孔道结构规整等优点。经过发明人长期对ZIF-8金属有机框架的研究发现，经过不同工艺合成的ZIF-8金属有机框架具有正十二面体或三维花状的晶体结构，但目前关于三维花状结构材料的构建方法复杂繁琐，需要的特定仪器设备等不足，因此，发明人提出，采用室温水相聚合法，通过筛选锌源和有机配体的比例，使得二者在室温条件下即可混合反应制备出具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架，该方法无需加入有机溶剂，制备方法简单易操作，反应条件温和。且通过该方法制备得到的三维花状结构ZIF-8金属有机框架由于其表面粗糙度较大，因此经疏水化处理后具有良好的超疏水特性或超亲油特性，可以用于制备防水涂料等。
在可选的实施方式中，由于ZIF-8金属有机框架是以锌源为核心，为了保证锌源完全被有机配体包裹，室温水相聚合法包括在室温条件下，将锌源水溶液加入有机配体水溶液中混合磁力搅拌。
优选地，为了使锌源和有机配体充分反应，使ZIF-8金属有机框架的三维花状结构生长完全，锌源水溶液和有机配体水溶液反应的时间为0.5～24h，更优选为3h～24h。
优选地，锌源水溶液在5s内完全加入到有机配体水溶液中。
在可选的实施方式中，锌源水溶液的制备包括将锌源搅拌溶解于水中。
优选地，锌源与水的物质的量之比为1:1100～1200。
优选地，锌源包括硝酸锌和硝酸锌六水合物的至少一种。在其他实施方式中锌源也可以包括氢氧化锌或二水合乙酸锌，只要能够形成ZIF-8金属有机框架即可，本发明对锌源的选择不做限定。
优选地，水为去离子水。
在可选的实施方式中，有机配体水溶液的制备包括将有机配体搅拌溶解于水中。
优选地，有机配体与水的物质的量之比为1:60～110。
优选地，有机配体为二甲基咪唑。
优选地，水为去离子水。
在可选的实施方式中，为了去除未反应完全的原料，同时保证ZIF-8金属有机框架表面洁净，锌源水溶液和有机配体水溶液混合反应结束后还包括使用去离子水对ZIF-8金属有机框架进行离心清洗。
优选地，离心清洗的离心转速为3000～8000转/min。
优选地，离心清洗的次数为2～5次。
第二方面，本发明提供一种分散液的制备方法，包括将前述实施方式任一项的制备方法制备得到的具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架结构进行超疏水处理后分散于溶液中。
优选地，超疏水处理包括使用长碳链硅烷偶联剂对ZIF-8金属有机框架进行超疏水处理。
在其他实施方式中，超疏水处理也可以通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)对ZIF-8金属有机框架进行表面处理，只要能够将ZIF-8金属有机框架进行超疏水处理且不破坏其表面形貌即可，本发明对具体的超疏水处理方法不做限定。
优选地，超疏水处理为将ZIF-8金属有机框架完全分散于乙醇中，然后加入长碳链硅烷偶联剂对其进行疏水化处理。
优选地，长碳链硅烷偶联剂中碳链的长度为十六个碳原子及以上。
优选地，为了使ZIF-8金属有机框架充分舒展，保证超疏水处理效果，ZIF-8金属有机框架在乙醇中分散为搅拌分散，搅拌时间30～60min。
优选地，由于本发明制备得到的ZIF-8金属有机框架具有三维花状结构，其表面粗糙度提升，为了保证ZIF-8金属有机框架表面被完全疏水化处理，ZIF-8金属有机框架与长碳链硅烷偶联剂的质量比在5～10:1范围内。
优选地，ZIF-8金属有机框架与长碳链硅烷偶联剂的疏水化处理为搅拌处理，搅拌时间2～4h，搅拌温度为室温。
在可选的实施方式中，为了去除超疏水处理中残留的长碳链硅烷偶联剂，还包括对疏水化处理后的ZIF-8金属有机框架离心清洗，再分散于溶液中，得到具有三维花状结构ZIF-8的分散液。
优选地，离心清洗的清洗液为乙醇，离心转速3000～8000转/min，离心次数2～5次。
优选地，分散的溶液为乙醇，疏水化处理后的ZIF-8金属有机框架与乙醇的质量比为1:4～7。
第三方面，本发明提供一种分散液，由前述实施方式任一项的制备方法制备得到。
第四方面，本发明提供一种如前述实施方式的具有三维花状结构ZIF-8的分散液的应用，包括将具有三维花状结构ZIF-8的分散液用于制备超疏水涂层。
在可选的实施方式中，超疏水涂层的制备包括将疏水化处理后的具有三维花状结构ZIF-8的分散液涂覆在基材表面使其干燥成膜；优选地，干燥温度为45～50℃。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种分散液，其制备方法如下：
S1、锌源水溶液的制备：
称取0.3g六水合硝酸锌溶解于20g去离子水中，制备得到锌源水溶液。
S2、有机配体水溶液的制备：
称取1.64g二甲基咪唑溶解于40g去离子水中，制备得到有机配体水溶液。
S3、具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架的制备：
将锌源水溶液快速加入有机配体水溶液中混合反应，并保持磁力搅拌，反应时间24h，反应温度20℃。反应结束后，将反应得到的固体物质采用去离子水在4000转/min的转速下离心清洗3次，去除上清液，获得具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架。
S4、超疏水处理
将上述反应获得的具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架分散于乙醇中，搅拌30min，使ZIF-8金属有机框架充分分散，再加入长碳链硅烷偶联剂进行疏水化处理，室温搅拌2h，反应结束后，将反应得到的固体物质采用乙醇在4000转/min的转速下离心清洗3次，去除上清液，获得疏水化处理后的ZIF-8金属有机框架。
S5、制备具有三维花状结构ZIF-8的分散液：
将上述步骤得到的疏水化处理后的ZIF-8金属有机框架分散于乙醇中，制备得到具有三维花状结构ZIF-8的分散液。
将本实施例制备得到的具有三维花状结构ZIF-8的分散液置于扫描电子显微镜下观察得到如图1所示结果，可以发现本实施例制备得到的ZIF-8金属有机框架的微观结构呈三维花状，ZIF-8金属有机框架的表面粗糙度增加，能够作为超疏水或超亲油材料使用。
实施例2
本实施例提供了一种分散液，其制备方法如下：
S1、锌源水溶液的制备：
称取0.3g六水合硝酸锌溶解于20g去离子水中，制备得到锌源水溶液。
S2、有机配体水溶液的制备：
称取2.05g二甲基咪唑溶解于40g去离子水中，制备得到有机配体水溶液。
S3、具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架的制备：
将锌源水溶液快速加入有机配体水溶液中混合反应，并保持磁力搅拌，反应时间24h，反应温度25℃。反应结束后，将反应得到的固体物质采用去离子水在4000转/min的转速下离心清洗3次，去除上清液，获得具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架。
S4、超疏水处理
将上述反应获得的具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架分散于乙醇中，搅拌30min，使ZIF-8金属有机框架充分分散，再加入长碳链硅烷偶联剂进行疏水化处理，室温搅拌2h，反应结束后，将反应得到的固体物质采用乙醇在4000转/min的转速下离心清洗3次，去除上清液，获得疏水化处理后的ZIF-8金属有机框架。
S5、制备具有三维花状结构ZIF-8的分散液：
将上述步骤得到的疏水化处理后的ZIF-8金属有机框架分散于乙醇中，制备得到具有三维花状结构ZIF-8的分散液。
将本实施例制备得到的具有三维花状结构ZIF-8的分散液置于扫描电子显微镜下观察得到如图2所示结果，可以发现本实施例制备得到的ZIF-8金属有机框架的微观结构呈三维花状，ZIF-8金属有机框架的表面粗糙度增加，能够作为超疏水或超亲油材料使用。
实施例3
本实施例提供了一种分散液，其制备方法如下：
S1、锌源水溶液的制备：
称取0.3g六水合硝酸锌溶解于20g去离子水中，制备得到锌源水溶液。
S2、有机配体水溶液的制备：
称取2.46g二甲基咪唑溶解于40g去离子水中，制备得到有机配体水溶液。
S3、具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架的制备：
将锌源水溶液快速加入有机配体水溶液中混合反应，并保持磁力搅拌，反应时间24h，反应温度30℃。反应结束后，将反应得到的固体物质采用去离子水在8000转/min的转速下离心清洗3次，去除上清液，获得具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架。
S4、超疏水处理
将上述反应获得的具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架分散于乙醇中，搅拌60min，使ZIF-8金属有机框架充分分散，再加入长碳链硅烷偶联剂进行疏水化处理，室温搅拌4h，反应结束后，将反应得到的固体物质采用乙醇在8000转/min的转速下离心清洗3次，去除上清液，获得疏水化处理后的ZIF-8金属有机框架。
S5、制备具有三维花状结构ZIF-8的分散液：
将上述步骤得到的疏水化处理后的ZIF-8金属有机框架分散于乙醇中，制备得到具有三维花状结构ZIF-8的分散液。
将本实施例制备得到的具有三维花状结构ZIF-8的分散液置于扫描电子显微镜下观察得到如图3所示结果，可以发现本实施例制备得到的ZIF-8金属有机框架的微观结构呈三维花状，ZIF-8金属有机框架的表面粗糙度增加，能够作为超疏水或超亲油材料使用。
实施例4
本实施例提供了一种分散液，其制备方法如下：
S1、锌源水溶液的制备：
称取0.3g六水合硝酸锌溶解于20g去离子水中，制备得到锌源水溶液。
S2、有机配体水溶液的制备：
称取2.87g二甲基咪唑溶解于40g去离子水中，制备得到有机配体水溶液。
S3、具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架的制备：
将锌源水溶液快速加入有机配体水溶液中混合反应，并保持磁力搅拌，反应时间0.5h，反应温度15℃。反应结束后，将反应得到的固体物质采用去离子水在8000转/min的转速下离心清洗3次，去除上清液，获得具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架。
S4、超疏水处理
将上述反应获得的具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架分散于乙醇中，搅拌60min，使ZIF-8金属有机框架充分分散，再加入长碳链硅烷偶联剂进行疏水化处理，室温搅拌4h，反应结束后，将反应得到的固体物质采用乙醇在8000转/min的转速下离心清洗3次，去除上清液，获得疏水化处理后的ZIF-8金属有机框架。
S5、制备具有三维花状结构ZIF-8的分散液：
将上述步骤得到的疏水化处理后的ZIF-8金属有机框架分散于乙醇中，制备得到具有三维花状结构ZIF-8的分散液。
将本实施例制备得到的具有三维花状结构ZIF-8的分散液置于扫描电子显微镜下观察得到如图4所示结果，可以发现本实施例制备得到的ZIF-8金属有机框架的微观结构呈三维花状，ZIF-8金属有机框架的表面粗糙度增加，能够作为超疏水或超亲油材料使用。
实施例5
本实施例提供一种超疏水涂层，其制备方法如下：
将疏水化处理后的具有三维花状结构ZIF-8的分散液涂覆在玻璃载玻片表面，使其干燥成膜制备得到超疏水涂层，在其他实施方式中，也可以将具有三维花状结构ZIF-8的分散液涂覆在纸张、铝箔以及棉纤维等基材表面，只要能够形成涂层即可，本发明对其涂覆的基材材料不做限定。其中，干燥温度为45～50℃。
对比例1
本对比例提供了一种分散液，其原料和制备方法与实施例1相同，区别仅在于锌源与有机配体的添加量为1：15。
将本对比例制备得到的分散液置于扫描电子显微镜下观察得到如图5所示结果，可以发现本对比例制备得到的ZIF-8金属有机框架的微观结构呈二维片状，ZIF-8金属有机框架的表面粗糙度降低，超疏水或超亲油能力下降。
对比例2
本对比例提供了一种分散液，其原料和制备方法与实施例1相同，区别仅在于1:40。
将本对比例制备得到的分散液置于扫描电子显微镜下观察得到如图6所示结果，可以发现本对比例制备得到的ZIF-8金属有机框架的微观结构呈十二面体状，ZIF-8金属有机框架的表面粗糙度降低，超疏水或超亲油能力下降。
对比例3
本对比例提供了一种分散液，其原料和制备方法与实施例4相同，区别仅在于锌源和有机配体反应的时间为30min。
将本对比例制备得到的分散液置于扫描电子显微镜下观察得到如图7所示结果，可以发现本对比例制备得到的ZIF-8金属有机框架的微观结构呈类球状，ZIF-8金属有机框架的表面粗糙度降低，超疏水或超亲油能力下降。
试验例1
将实施例1～4和对比例1～3中疏水化处理后的分散液分别按实施例5的方法制备得到超疏水涂层，并对所制得的超疏水涂层进行疏水性能检测，具体包括：将水滴滴至超疏水涂层表面，采用Dataphysics OCA20静态接触角测定仪观察涂层与水滴的光学静态接触角图片(水滴5μL)，得到如图8所示结果。
其中，110是由实施例1的分散液制备得到的超疏水涂层与水滴的光学静态接触角图片，120是由实施例2的分散液制备得到的超疏水涂层与水滴的光学静态接触角图片，130是由实施例3的分散液制备得到的超疏水涂层与水滴的光学静态接触角图片，140是由实施例4的分散液制备得到的超疏水涂层与水滴的光学静态接触角图片。根据上述图片显示，液滴与涂层之间的静态接触角达到150°以上，具有较好的超疏水特性。
150是由对比例1的分散液制备得到的超疏水涂层与水滴的光学静态接触角图片。160是由对比例2的分散液制备得到的超疏水涂层与水滴的光学静态接触角图片。170是由对比例3的分散液制备得到的超疏水涂层与水滴的光学静态接触角图片。根据上述图片显示，液滴与涂层之间的静态接触角在130-140°之间，疏水性能相对有所下降。
试验例2
将实施例4中疏水化处理后的分散液按实施例5的方法制备得到超疏水涂层，并对其疏水性能进行了表征，结果如图9所示。检测方法和结果如下：
超疏水性检测：将5μL的水滴放在制备好的玻璃载玻片表面上，如图9a所示，经检测，本发明实施例5制备得到的超疏水涂层表面的静态接触角为156.9°，滚动角(SA)约为2.5°，如图9b，图9c所示。所制备的疏水涂层表面表现出强烈的拒水性和非粘附性，说明本发明制备得到的超疏水涂层的疏水性能良好，如图9d所示。
化学异质性和鲁棒性检测，采用伸展/收缩方法评估动态接触角，如图9e所示，首先将一滴5μL的水滴在实施例5制备的超疏水涂层表面，以达到稳定的平衡状态，然后注入少量水(3μL)，观察到液滴体积增加，随后液滴底部直径增加。通过计算基底直径增加期间接触角的平均值，可以确定前进接触角(θA)。然后通过注入水(3μL)的反向抽吸，使液滴收缩到破坏前的点，可以测量后退接触角(θR)。θA和θR之间差异的测量是接触角滞后。发现前进和后退接触角分别为154.6°和151.1°，滞后为3.5°。可以认为表面均匀性好，材料表面基本无粘性。
本发明提供的ZIF-8结构和分散液的制备方法、分散液的应用，至少具有以下优点：
1、采用室温水相聚合法，通过筛选锌源和有机配体的比例，使得二者在室温条件下即可混合反应制备出具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架，该方法制备方法简单易操作，反应条件温和，且无需加入有机溶剂，也不需要加热，可用于大规模的产业化应用。
2、通过控制长碳链硅烷偶联剂和具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架的比例，进一步提高了具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架的疏水性能。
3、通过该方法制备得到的三维花状结构ZIF-8金属有机框架由于其表面粗糙度较大，因此具有良好的超疏水特性或超亲油特性，可以用于制备防水材料。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种ZIF-8结构的制备方法，其特征在于，以锌源和有机配体为原料，采用室温水相聚合法，制备得到具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架；
所述室温水相聚合法包括在室温条件下，将锌源水溶液在5s内完全加入到有机配体水溶液中混合磁力搅拌，所述锌源水溶液和有机配体水溶液反应的时间为0.5～24h；
所述锌源与所述有机配体的物质的量之比为1：20～35。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌源水溶液和有机配体水溶液反应的时间为3h～24h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌源水溶液包括将锌源搅拌溶解于水中。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述锌源与水的物质的量之比为1:1100～1200。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述锌源包括硝酸锌和硝酸锌六水合物或二水合乙酸锌、氢氧化锌的至少一种；
所述水为去离子水。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机配体水溶液包括将有机配体搅拌溶解于水中。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机配体与水的物质的量之比为1:60～110。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机配体为二甲基咪唑；
所述水为去离子水。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锌源水溶液和有机配体水溶液混合反应结束后还包括使用去离子水对ZIF-8金属有机框架进行离心清洗；
所述离心清洗的离心转速为3000～8000转/min；
所述离心清洗的次数为2～5次。
10.一种分散液的制备方法，其特征在于，包括将权利要求1～9任一项所述方法制备得到的具有三维花状结构的ZIF-8金属有机框架结构进行超疏水处理后分散于溶液中制得具有三维花状结构ZIF-8的分散液。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述超疏水处理包括使用长碳链硅烷偶联剂对所述ZIF-8金属有机框架进行超疏水处理。
12.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述超疏水处理为将所述ZIF-8金属有机框架完全分散于乙醇中，然后加入长碳链硅烷偶联剂对其进行疏水化处理。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述ZIF-8金属有机框架在乙醇中分散为搅拌分散，搅拌时间30～60min。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述ZIF-8金属有机框架与长碳链硅烷偶联剂的质量比为5～10:1。
15.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述ZIF-8金属有机框架与长碳链硅烷偶联剂的疏水化处理为搅拌处理，搅拌时间2～4h，搅拌温度为室温。
16.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，还包括对疏水化处理后的所述ZIF-8金属有机框架离心清洗，再分散于溶液中，得到所述三维花状结构ZIF-8分散液。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其特征在于，所述离心清洗的清洗液为乙醇，离心转速3000～8000转/min，离心次数2～5次；
分散的所述溶液为乙醇，疏水化处理后的所述ZIF-8金属有机框架与乙醇的质量比为1:4～7。
18.一种分散液，其特征在于，由权利要求10～17任一项所述的制备方法制备得到。
19.一种如权利要求18所述的分散液的应用，其特征在于，包括将具有三维花状结构ZIF-8的所述分散液用于制备超疏水涂层。
20.根据权利要求19所述的应用，其特征在于，所述超疏水涂层包括将疏水化处理后的具有三维花状结构ZIF-8的所述分散液涂覆在基材表面使其干燥成膜；
所述干燥温度为45～50℃。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103432998A (zh) * | 2013-08-30 | 2013-12-11 | 华南理工大学 | 一种憎水多孔材料及其制备方法和应用 |
| CN103816814A (zh) * | 2014-03-06 | 2014-05-28 | 北京工业大学 | 一种多孔粒子mcm-41-zif-8/pdms渗透汽化杂化膜、制备与应用 |
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| CN109675633A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-26 | 湘潭大学 | 一种疏水改性核壳催化剂ZIF-67@SiO2催化环己烷氧化制KA油的方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN103432998A (zh) * | 2013-08-30 | 2013-12-11 | 华南理工大学 | 一种憎水多孔材料及其制备方法和应用 |
| CN103816814A (zh) * | 2014-03-06 | 2014-05-28 | 北京工业大学 | 一种多孔粒子mcm-41-zif-8/pdms渗透汽化杂化膜、制备与应用 |
| CN109293933A (zh) * | 2018-08-13 | 2019-02-01 | 山东工商学院 | 基于沸石咪唑酯骨架的超疏水自清洁聚合物及其制备方法 |
| CN109675633A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-04-26 | 湘潭大学 | 一种疏水改性核壳催化剂ZIF-67@SiO2催化环己烷氧化制KA油的方法 |
| CN114249333A (zh) * | 2020-09-25 | 2022-03-29 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种稠油降粘用微晶分子筛及其制备方法与应用 |
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