一种纳米沸石咪唑酯骨架材料的“绿色化学”制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米沸石咪唑酯骨架材料制备技术领域，具体涉及一种常温下、简单快速、大量制备纳米沸石咪唑酯骨架材料的“绿色化学”方法。
【背景技术】
[0002]随着全球人口的剧增，人们的消费水平不断提高，经济加速全球化，各大行业迅猛发展，化学工业及相关专业作为国民经济支柱产业之一更是飞速发展，这种高速发展给人们带来更多物质便利和作出巨大经济贡献的同时，也对全球环境造成了不容小觑的威胁。经济发展之快却伴随着环境污染之重，二者之间矛盾演变的愈加尖锐之时，“绿色化学”这一概念被提出。“绿色化学”又称环境友好化学或清洁化学，核心在于“原子经济性”:反应物的原子能全部转为期望的最终产物，实现“零排放”，充分利用资源，节能又环保。“绿色化学”的提出使得人们在不断追求化学工业发展的同时，更注重对环境的保护。
[0003]纳米材料因其尺寸小，比表面大而表现出小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应等，因此它具有不同于常规固体的新特性:光学、电化学、催化、化学反应等性质，以上特性使得纳米材料在光电子材料、电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、敏感元件等领域有着广泛应用。
[0004]沸石咪卩坐酯骨架材料(Zeolitic Imidazolate Frameworks，ZIFs)，是一种常见且极为重要的金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)，一般是由Zn2+、Co2+和Cd2+等金属离子与一种或多种咪唑类配体共同配位而组成的。较之于其他类M0Fs，ZIFs不仅表现出更优异的耐热能力及化学稳定性，而且具有较高的孔隙率，因此广泛适用于高效催化和分离等技术领域。
[0005]裘式纶课题组2014年曾报道过一种混合咪唑类配体的ZIF，命名为JUC-160(参考文献:L.Huang，M.Xue，Q.S.Song,S.R.Chen，Y.Pan,S.L.Qiu, Inorg.Chem.Commun.46(2014)9-12)，所报道ZIF选用Zn2+作为配位中心，两种体积较大的苯并咪唑和2-甲基苯并咪唑作为配体，选择DMF(N，N-二甲基甲酰胺)作为溶剂，在180°C下，溶剂热反应3天使三者共同配位，得到一种新型的微米级沸石咪唑酯骨架材料。然而，该方法存在高温耗能大、耗时长、产物尺寸不可控等缺陷。
【发明内容】
[0006]借鉴上述JUC-160的制备方法，本发明的目的在于改进制备技术，克服上述制备方法所存在的缺陷，提供一种常温下，简单快速、大量制备纳米沸石咪唑酯骨架材料的“绿色化学”节能型方法。该方法快速易操作，节能且环保，充分体现了“绿色化学”宗旨，实现了室温条件下均匀纳米尺寸沸石咪唑酯骨架材料nano-JUC-160的快速制备，该法所制得的产品颗粒分布均匀，尺寸大小在200nm左右，且表现出优异的热稳定性。
[0007]本发明主要制备步骤如下:
[0008]l)Zn2+配位中心溶液的配制
[0009]将1.5?3g二水乙酸锌加入到120mL DMF中，室温搅拌10?20分钟至完全溶解均匀后，得到溶液A;
[0010]2)混合配体溶液的配制
[0011]将I?2g苯并咪唑加入到160mL DMF中，室温搅拌5?10分钟至溶解均匀后，再加入
0.8?1.6g的2-甲基苯并咪唑，继续搅拌1?20分钟至完全均匀溶解，得到溶液B;
[0012]3)溶液混合反应
[0013]搅拌条件下，将溶液A缓慢加入到溶液B中，使二者混合均匀，并于室温下，持续搅拌10?15小时得到乳白色溶液；
[0014]4)离心
[0015]将步骤3)所得乳白色液体在10000?15000r/min条件下离心10?20分钟，弃去上清液得到白色沉淀；
[0016]5)洗涤，干燥
[0017]将步骤4)所得白色沉淀用DMF超声溶解，并用DMF洗涤、离心后倾去上清液;重复洗涤、离心步骤3?5次，最后将所得白色沉淀于60?80°C条件下干燥；
[0018]6)研磨
[0019]将步骤5)干燥后产品研磨至粉末状，即可得到本发明所述的纳米沸石咪唑酯骨架材料 nano-JUC-160。
【附图说明】
[0020]图1:实施例1样品的粉末XRD衍射谱图；
[0021 ]图2:实施例1样品的透射电子显微镜(TEM)照片；
[0022]图3:实施例1样品的热重分析图；
【具体实施方式】
[0023]实施例1:制备纳米沸石咪唑酯骨架材料JUC-160
[0024]将1.98g二水乙酸锌加入120mL DMF中，室温搅拌15分钟至完全溶解均匀，得到Zn2+配位中心溶液A;
[0025]将I.18g苯并咪唑加入160mL DMF中，室温搅拌8分钟至溶解均匀后，加入I.06g的2-甲基苯并咪唑，继续搅拌15分钟至完全均匀溶解，得到混合配体溶液B;
[0026]搅拌条件下，将Zn2+配位中心溶液A缓慢加入混合配体溶液B中，使二者混合均匀，并于室温下，持续搅拌12小时得到乳白色溶液；
[0027]将该乳白色液体平均加入多个离心管中，在12000r/min转速条件下离心lOmin，倾去管内上清液，可得白色沉淀；
[0028]所得白色沉淀用DMF溶液超声使其溶解，并用DMF溶液洗涤，离心，倾去上清液，重复该步骤3次以上，最后将所得白色沉淀于60°C烘箱干燥12小时，取出干燥产物，将其研磨至粉末状，即可得本发明所述的纳米沸石咪唑酯骨架材料JUC-160。本发明所制备产物每次产量为I.5g，产物颗粒彼此分散均匀，尺寸大小约为200nm。
[0029]其模拟粉末XRD衍射图谱和所得产品粉末XRD衍射谱图比对如图1所示，(a)为模拟的粉末XRD衍射曲线，(b)为所制备产物的粉末XRD衍射曲线，可见模拟谱图和产物谱图是吻合的，证明已制备沸石咪唑酯骨架材料JUC-160。
[0030]实施例2:实施例1所得产物进行透射电子显微镜(Transmi ss1n electronmicroscope)分析
[0031]所得产物透射电子显微镜扫描照片如图2，可见所制备产物形貌完整，颗粒分散均匀，尺寸大小均在200nm左右，因此所制备沸石咪唑酯骨架材料JUC-160为纳米级产物。
[0032]实施例3:实施例1所得产物进行热稳定性分析
[0033]制备产品进行热重分析，结果如图3，图中可见该产品在100?200°C之间失重5.8%，该温度区间所造成的质量流失恰是产物表面客体水分子的蒸发和脱离而导致的失重，200?500°C区间呈现一个平台区，说明该温度区间产物没有质量的流失，也说明产品在这个温度区间能保持原有骨架的完整，并没有发生骨架坍塌现象。500°C之后产品开始有明显的失重，该部分失重是由于产物的骨架坍塌引起的，说明产物受热至500°C之后才开始分解，骨架才开始坍塌。热重分析结果证明了所制备产物有着良好的热稳定性。
【主权项】
1.一种纳米沸石咪卩坐酯骨架材料nano-JUC-160的“绿色化学”制备方法，其步骤如下: 1)Zn2+配位中心溶液的配制 将1.5?3g二水乙酸锌加入到120mL DMF中，室温搅拌10?20分钟至完全溶解均匀后，得到溶液A; 2)混合配体溶液的配制 将I?2g苯并咪唑加入到160mL DMF中，室温搅拌5?10分钟至溶解均匀后，再加入0.8?1.6g的2-甲基苯并咪唑，继续搅拌1?20分钟至完全均匀溶解，得到溶液B; 3)溶液混合反应 搅拌条件下，将溶液A缓慢加入到溶液B中，使二者混合均匀，并于室温下，持续搅拌10?15小时得到乳白色溶液； 4)离心 将步骤3)所得乳白色液体离心，弃去上清液得到白色沉淀； 5)洗涤，干燥 将步骤4)所得白色沉淀用DMF超声溶解，并用DMF洗涤、离心后倾去上清液；重复洗涤、离心步骤3?5次，最后将所得白色沉淀干燥； 6)研磨 将步骤5)干燥后产品研磨至粉末状，即得到纳米沸石咪唑酯骨架材料nano-JUC-160。2.如权利要求1所述的一种纳米沸石咪唑酯骨架材料nano-JUC-160的“绿色化学”制备方法，其特征在于:步骤4)所述的离心是在10000?15000r/min条件下离心10?20分钟。3.如权利要求1所述的一种纳米沸石咪唑酯骨架材料nano-JUC-160的“绿色化学”制备方法，其特征在于:步骤5)所述的干燥温度为60?80°C。
【专利摘要】一种纳米沸石咪唑酯骨架材料的“绿色化学”制备方法，属于纳米沸石咪唑酯骨架材料制备技术领域。本发明的目的在于改进制备技术，克服现有制备方法所存在的缺陷，提供一种常温下，简单快速、大量制备纳米沸石咪唑酯骨架材料的“绿色化学”节能型方法。该方法快速易操作，节能且环保，充分体现了“绿色化学”宗旨，实现了室温条件下均匀纳米尺寸沸石咪唑酯骨架材料nano-JUC-160的快速制备，该法所制得的产品颗粒分布均匀，尺寸大小在200nm左右，且表现出优异的热稳定性。
【IPC分类】C08G83/00
【公开号】CN105646901
【申请号】
【发明人】薛铭, 陈明怡, 潘莹, 裘式纶
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月28日