/zif-8核壳结构纳米复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于新材料领域，特别涉及一种Ti02/ZIF-8核壳结构纳米复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]金属有机骨架材料(Metal - organic frameworks，简称MOFs)是一种新型多孔材料，具有高比表面积、高孔隙率、可裁剪孔道结构及化学可修饰性等优点。但MOFs自身较差的热、水热稳定性和耐溶剂性是制约其广泛应用的主要因素。沸石咪挫酯骨架材料(Zeoliticlmidazolate Frameworks,简称ZIFs)是一类以咪卩坐或其衍生物为配体的一种具有沸石骨架结构的MOFs材料，其结合了沸石及MOFs这两种材料的优点，具有优异的热稳定性和结构稳定性以及结构和功能的可调性，因此，ZIF材料作为一种用于吸附、分离和催化方面具有前景的材料而成为研究的热点。ZIF-8是ZIF材料中最具有代表性的一种，其比表面积可达1400 m2/g，热稳定性可达420°C，对其应用研究已涉及气体吸附、分离，储氢和催化等多个领域，是目前研究最为广泛的一类ZIF材料。
[0003]自半导体材料用于光催化技术以来，1102因其催化活性高、化学稳定性和生物惰性好、对人体无毒、价廉等独特优点，成为近年来研宄最活跃的光催化材料，广泛应用在有机污染物降解、水分解及CO2还原等光催领域。与金属有机骨架材料相比，T12对有机污染物、002等的吸附性能差。
[0004]因此，如果将金属有机骨架材料和无机半导体催化剂相结合，利用有机骨架材料的超大比表面积和孔，将吸附、催化反应结合起来，综合上述两种材料各自的特点和优势制备一种新型的多功能复合材料，必将更有利于催化反应的广泛应用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种Ti02/ZIF_8核壳结构纳米复合材料的制备方法，该方法采用溶剂热方法制备T1jft米球，以T1 2纳米球为基体材料，合成得到T1 2纳米球后，于室温在纳米球表面原位生长ZIF-8颗粒作为吸附材料，制备方法简单易行。
[0006]本发明的技术方案如下:
一种Ti02/ZIF-8核壳结构纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤:
(1)T12纳米小球制备
首先将钛酸四丁酯加入到乙二醇溶液中，室温下搅拌均匀后加入到无水丙酮中，快速搅拌后静置，经过离心分离、洗涤和干燥，得到均匀的非晶纳米小球；然后将这些粉体加入到四甲基氢氧化铵水溶液中，160~200°C下反应，最后经过离心分离、洗涤和干燥，得到T12纳米小球；
(2)Ti02/ZIF-8核壳结构纳米复合材料制备
将步骤(I)制备的1102小球加入到Zn (NO 3)2.6H20的甲醇溶液中搅拌混合，再加入2-甲基咪唑的甲醇溶液继续搅拌，然后离心分离、洗涤和干燥，得到Ti02/ZIF-8核壳结构纳米复合材料。
[0007]步骤(I)中所述钛酸四丁酯在乙二醇中的摩尔浓度为0.2-1.5 mmol/Lo
[0008]步骤(I)中所述混合溶液在室温搅拌均匀的时间为12~24 h，在无水丙酮中的快速搅拌时间为10~30 min，静置时间为1~2 h。
[0009]步骤(I)中所述的四甲基氢氧化铵水溶液的浓度为20-30%，所述反应时间为12-48 ho
[0010]所述Zn(NO3)2.6H20和2_甲基咪唑的摩尔比为1:8-1:12, Zn(NO3)2.6H20的摩尔浓度为0.01-0.1 mol/L，2-甲基咪唑的摩尔浓度为0.08-1.2mol/L。
[0011]步骤(2)中所述的将步骤(I)制备的1102小球加入到Zn(NO3)2.6Η20的甲醇溶液中搅拌混合时间为0.5~lh。
[0012]步骤(2)中加入2-甲基咪唑的甲醇溶液后继续搅拌时间为l~4h。
[0013]步骤(I)和步骤(2)中所述洗涤分别采用水和乙醇对产品洗涤。
[0014]本发明的有益效果:
1)采用溶剂热方法和室温原位生长法制备核壳结构纳米复合材料，制备条件温和，工艺简单；
2)本发明制备方法得到的新型Ti02/ZIF-8核壳结构纳米复合材料，结合了1102和ZIF-8两种材料各自的特点和优势，形成一种新型的多功能型复合材料，在气体或废水处理中对有机物的吸附和催化分解等领域具有大的应用潜力。
【附图说明】
[0015]图1是本发明实施例1所得产品的XRD图。
[0016]图2 (a) (b)是本发明实施例1所得1102非晶纳米小球的SEM图，(c) (d)为热反应后1102纳米小球产品的SEM图。
[0017]图3是按照本发明施例I条件制备的ZIF-8颗粒的SEM图。
[0018]图4是本发明实施例1产品Ti02/ZIF-8的电镜图，其中，(a) (b)为SEM图，(c) (d)为TEM图。
[0019]图5是本发明实施例1产品的N2吸附-脱附曲线。
[0020]图6是本发明实施例2产品的SEM图。
[0021 ] 图7是本发明实施例3产品的SEM图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明做更进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
[0023]实施例1
(I)将1.36g钛酸四丁酯加入到20L乙二醇溶液中，室温搅拌均匀24 h后加入到无水丙酮中，快速搅拌10 min后静置I h ;将白色悬浊液经过离心分离、水和乙醇洗涤并干燥，得到均匀的打02非晶纳米小球；然后将这些粉体加入到20%的四甲基氢氧化铵水溶液中，160°C下反应48 h，最后经过离心分离、水和乙醇洗涤并干燥，得到T12纳米小球。
[0024](2)将制备的1102小球0.1g加入到40 mL摩尔浓度为0.025 mo I/L的Zn (NO3)2.6H20甲醇溶液中搅拌0.5h，再加入40 mL摩尔浓度为0.2mol/L的2-甲基咪唑甲醇溶液中，继续搅拌I h，离心分离、水和乙醇洗涤并干燥，得到Ti02/ZIF-8核壳结构纳米复合材料。
[0025]采用X射线光衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对产品进行分析。
[0026]图1是实施例1产品的XRD图。分别给出了实施例1制备过程中得到的1102非晶纳米小球、T12纳米小球和Ti02/ZIF-8复合材料的XRD图，为了便于对比，也给出了相同条件下制备的ZIF-8的XRD图。结果表明本实施例产品中含有T1jP ZIF-8两种物相，并且T12的