一种铁基MOF/PAN复合材料及其制备方法和应用

本发明属于吸附材料，特别涉及一种铁基mof/pan复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、苯是一种石油化工基本原料，常温下为一种无色、有甜味的透明液体，其密度小于水，具有强烈的芳香气味，若长时间接触高浓度苯系物，会对神经系统和血液系统造成严重损伤。世界卫生组织也将苯列入一类致癌清单中，因此，苯类污染物的环境治理具有重要意义。

2、针对苯污染物的去除，最常使用的是吸附法，而吸附法的关键是吸附剂的选取。mof材料由于其高比表面积、大孔容、结构和功能可调等显著优点，使得mof材料在气体吸附储存中有着较高的地位。然而，mof即使拥有较高的吸附量，它们对于苯污染物的吸附依然有限，部分苯分子只能被吸附在孔道表面，无法大量的进入mof孔道。mof在复合了用于合适孔径的聚缩醛胺之后提供了更多的吸附作用力，可使吸附量大大提高。

3、中国专利cn113145084a和cn115090273a通过一步水热工艺制备了用于吸附苯类气体的mil-101/pdvb复合材料和mil-101/npan复合材料，为了提高材料的结晶度，制备时加入了naoh、hf、hcl等酸碱矿化剂，合成温度为160-180℃；其次，mof材料制备中都使用了cr(no3)3·9h2o，cr是一种毒性很大的重金属，具有累积性和生物链浓缩特性，可以以离子状态迁移到土壤中，并蓄积于各种生物体内，摄入过多会对人体产生危害。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种用于苯类气体吸附的mof/pan复合材料，该复合材料是以聚缩醛胺（pan）为载体；mof为组分并且分散在pan的表面；mof/pan复合材料兼具了mof的高比表面积、大孔容以及pan具有丰富的苯基官能团的特点，同时，π-π共轭作用增加了对苯类气体的吸附容量。

2、所述mof/pan复合材料中pan质量含量为3.8 wt%~5.7 wt%，优选4.7 wt%~5.2wt%；更优选5.2 wt%。

3、本发明的目的之二在于提供上述用于苯类气体吸附的mof/pan复合材料的制备方法，以pan为载体，加入mof前驱体溶液均匀混合获得mof/pan前驱体溶液，然后通过溶剂热法制得；具体包括如下步骤:

4、a.将单体三聚氰胺、4-羧基苯甲醛溶解到二甲基亚砜加热至170~180℃并在n2气氛中保持72~80 h，再经分离、干燥并研磨，制得所述pan；

5、b.将六水氯化铁、对苯二甲酸、n,n-二甲基甲酰胺按摩尔比2:1:233~236混合均匀，获得所述mof前驱体溶液，再加入步骤a制得的pan粉末，在常温下进行超声混合后获得mof/pan前驱体溶液；

6、c.将所述mof/pan前驱体溶液倒入聚四氟乙烯高压反应釜并置于烘箱中溶剂热反应，获得未纯化的mof/pan复合材料；

7、d.将所得的未纯化的mof/pan复合材料加入n,n-二甲基甲酰胺和热乙醇进行纯化，得到纯化的mof/pan复合材料；

8、e.将上述纯化的mof/pan复合材料用蒸馏水和乙醇清洗、干燥即得所述用于苯类气体吸附mof/pan复合材料。

9、进一步的，三聚氰胺与4-羧基苯甲醛的摩尔比为2:3。

10、进一步的，溶剂热反应温度为110~130℃，反应时间为22~24 h。

11、进一步的，所述干燥为在115~120℃在干燥6~8h。

12、本发明还提供了上述铁基mof/pan复合材料的应用，所述铁基mof/pan复合材料用于吸附苯类气体；所述苯类气体包括苯、甲苯及邻二甲苯。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

14、1、本发明仅通过复合聚缩醛胺的方法就可以极大提高mof对于苯的吸附量，为mof复合材料提供了更多思路；

15、2、本发明使用fe3+代替了cr3+，使用溶剂热法合成mof，不仅减少了成本，还降低了环境的污染，属于环境良好型材料。

16、3、本发明以溶剂热法代替水热法制备复合材料，合成温度为110-130℃，不使用矿化剂即可提高材料结晶度，减少了工艺成本和原料成本。

技术特征：

1.一种铁基mof/pan复合材料，其特征在于，所述铁基mof/pan复合材料中聚缩醛胺的质量含量为3.8 wt%~5.7 wt%；

2.一种如权利要求1所述的铁基mof/pan复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法：以权利要求1所述的聚缩醛胺为载体，加入铁基mof前驱体溶液均匀混合后，获得铁基mof/pan前驱体溶液；将铁基mof/pan前驱体溶液进行溶剂热反应，即得铁基mof/pan复合材料。

3.根据权利要求2所述铁基mof/pan复合材料的制备方法，其特征在于，所述铁基mof前驱体溶液包括摩尔比2:1:233~236的六水氯化铁、对苯二甲酸、n,n-二甲基甲酰胺。

4.根据权利要求2所述铁基mof/pan复合材料的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为110~130℃，反应时间为22~24h。

5.根据权利要求2所述铁基mof/pan复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对铁基mof/pan复合材料进行纯化、洗涤、干燥处理。

6.根据权利要求5所述铁基mof/pan复合材料的制备方法，其特征在于，所述纯化为将铁基mof/pan复合材料加入n,n-二甲基甲酰胺和热乙醇进行纯化。

7.根据权利要求5所述铁基mof/pan复合材料的制备方法，其特征在于，所述干燥为在115~120℃在干燥6~8h。

8.一种如权利要求1所述的铁基mof/pan复合材料的应用，其特征在于，所述铁基mof/pan复合材料用于吸附苯类气体。

9.根据权利要求8所述的铁基mof/pan复合材料的应用，其特征在于，所述苯类气体包括苯、甲苯及邻二甲苯。

技术总结
本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种铁基MOF/PAN复合材料及其制备方法和应用，该复合材料以PAN为载体，且MOF负载在载体PAN上，包括制备聚缩醛胺（PAN）和将PAN与MOF复合两步，步骤包括：a.将单体三聚氰胺、4‑羧基苯甲醛溶解到二甲基亚砜，随后在氮气氛围下加热，待反应完全，经纯化处理后获得聚缩醛胺；b.将聚缩醛胺与铁基MOF前驱体混合后，放入高压反应釜中进行溶剂热反应，随后经纯化处理后获得铁基MOF/PAN复合材料。本发明提供的MOF/PAN复合材料对苯及苯类污染物均有较好的吸附性能。

技术研发人员：付猛,王智轩
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16