一种胶体磨机宏量制备ZIF-8材料的方法

本发明属于金属有机框架材料领域，具体涉及一种胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法。

背景技术：

1、金属有机框架材料(简称mof)是一类具有高结构秩序、优异功能性能的有序多孔材料。它是以金属离子与有机配体组成矩阵，由此构成多种超分子网络结构而来，具有可调节的结构，大孔容量，高比表面积和活性结构，以及多种功能性能，如分子筛、气体吸附、光催化、电子传输和分子磁体等，广泛应用于储气、分离、催化、光电、物理和医药等领域。

2、mof材料结构属于三维超分子网络，其结构可由若干金属离子和有机配体的构筑而成，并以此构筑出各种复杂的结构及其丰富的架空条件，如断面积、空体积、表面积、选择性等，形成一类有序的空间结构，从而具有优越的吸附性能。mof材料可以对气体、液体或固体材料进行定制吸附。

3、纳米材料由于具有小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，在声、光、电、磁、热等领域具有相应的优势。通过利用小尺寸的优势，金属有机框架（mof）材料的潜在应用可以通过纳米级mofs来扩展。例如，纳米级mofs在纳米电子器件、医学与健康、生物医学成像、药物输送、光动力疗法、光热疗法、催化、能量和膜分离等领域均有应用。以催化为例，小尺寸晶体表现出更高的表面积，暴露更多的催化位点并增强催化活性。此外，纳米晶体中较短的扩散距离有利于底物和催化中心之间的相互作用，从而与较大的对应物相比具有更好的催化活性。

4、已报道的控制mof材料尺寸的方法包括调整合成方法、微波法或微乳液策略，以及改变溶剂、加入添加剂和改变反应条件，这些方法是耗时、昂贵且低效的。此外，改变反应条件或加入添加剂可能会影响产品的关键性能。还有文献报道了利用机械化学合成，通过机械诱导能促进固体之间的化学反应，这种合成方法有效地减少了低温条件下的反应时间。然而，使用这种方法制备的产品容易团聚。因此，使用绿色方法大规模生产均匀的纳米级mof材料仍然面临着重大挑战。

技术实现思路

1、目前现有技术的缺点如下：

2、1.调整合成方法、微波法，以及改变溶剂和改变反应条件等方法是耗时、昂贵且低效的，而且无法宏量制备。

3、2.改变反应条件或加入添加剂可能会影响产品的关键性能。

4、3.利用机械化学合成产物容易团聚。

5、4.晶体成核与生长过程无法分离。

6、为了解决上述存在的技术问题，本申请提供如下技术方案：

7、本发明提供一种胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法，包括如下步骤：

8、s11：将溶液a和溶液b依次加入胶体磨机中，搅拌3-9 min，得到混合溶液；所述溶液a为含有硝酸锌的甲醇，所述溶液b为含有2-甲基咪唑的甲醇；

9、s12：将所述混合溶液冷却，离心，得到固态沉淀；所述离心的转速为9500-10500rpm；

10、s13：将所述固态沉淀进行清洗，得到所述zif-8材料。

11、优选的，所述溶液a中，硝酸锌的浓度为0.05-0.15 mol/l。

12、优选的，所述溶液b中，2-甲基咪唑的浓度为0.35-0.45 mol/l。

13、优选的，所述硝酸锌和2-甲基咪唑的摩尔比为1：3-5。

14、所述胶体磨机的型号为jm-50。

15、优选的，所述步骤s11中，搅拌时，胶体磨机的转速为2900rpm，电机功率：1.5kw。

16、优选的，所述步骤s12中，离心的时间为2-4 min。

17、优选的，所述步骤s12中，冷却的方法为用冰水混合，将装有产物的烧杯至于冰水混合物中，溶液不与冰水混合，目的是立即冷却产物溶液，减少转移过程中继续发生化学反应使晶体继续生长。

18、优选的，所述步骤s13中，使用甲醇进行清洗。

19、优选的，所述步骤s13中，清洗的次数为2-4次。

20、优选的，所述步骤s13中，清洗后进行干燥。

21、本发明还提供一种上述胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法制备得到的zif-8材料。

22、本发明还提供一种用于诺文格尔反应的催化剂，所述催化剂包括权利要求6所述的zif-8材料；所述诺文格尔反应的反应原料为丙二腈和苯甲醛。

23、本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：

24、针对现有技术晶体成核与生长过程无法分离的问题，胶体磨高速旋转在剧烈搅拌下引发晶体的爆发成核。因此，在胶体研磨过程中，可以避免同时成核和晶体生长，这有助于获得窄尺寸的晶核。针对机械化学合成产物容易团聚的问题，胶体磨机在定子和转子之间的摩擦条件下以及高速流体剪切下，新形成的晶核在高湍流区域中发生高能碰撞，这些碰撞与对成核混合物施加的强剪切力相结合，有效防止核团聚并确保其尺寸保持最小。

25、因此，使用胶体磨可以生产分散良好且尺寸均匀的纳米zif-8。

技术特征：

1.一种胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法，其特征在于，所述溶液a中，硝酸锌的浓度为0.05-0.15 mol/l。

3.如权利要求1所述胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法，其特征在于，所述溶液b中，2-甲基咪唑的浓度为0.35-0.45 mol/l。

4.如权利要求1所述胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法，其特征在于，所述硝酸锌和2-甲基咪唑的摩尔比为1：3-5。

5.如权利要求1所述胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法，其特征在于，所述步骤s12中，离心的时间为2-4 min。

6.如权利要求1所述胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法，其特征在于，所述步骤s13中，使用甲醇进行清洗。

7.如权利要求1所述胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法，其特征在于，所述步骤s13中，清洗的次数为2-4次。

8.如权利要求1所述胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法，其特征在于，所述步骤s13中，清洗后进行干燥。

9.一种权利要求1-8中任一项所述胶体磨机宏量制备zif-8材料的方法制备得到的zif-8材料。

10.一种用于诺文格尔反应的催化剂，其特征在于，所述催化剂包括权利要求9所述的zif-8材料；所述诺文格尔反应的反应原料为丙二腈和苯甲醛。

技术总结
本发明属于金属有机框架材料领域，具体涉及一种胶体磨机宏量制备ZIF‑8材料的方法。针对现有技术晶体成核与生长过程无法分离的问题，胶体磨高速旋转在剧烈搅拌下引发晶体的爆发成核。因此，在胶体研磨过程中，可以避免同时成核和晶体生长，这有助于获得窄尺寸的晶核。本发明探讨了两种不同方法合成的ZIF‑8纳米晶体作为催化剂在诺文格尔反应中的催化性能。这些结果表明，胶体磨合成的ZIF‑8‑S纳米晶具有较小的粒径，并且胶体磨过程中的强剪切力增加了晶体的表面缺陷，从而表现出较高的催化活性。

技术研发人员：张朵,王殳凹,徐佳慧,雷佳,韦广阔
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1