一种共价有机框架气凝胶及其制备方法和应用

本申请属于气凝胶，尤其涉及一种共价有机框架气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、由于工业化的不断加剧，大量的有机染料排放到环境中对生物种群和生态系统造成了巨大的威胁。目前已有多种吸附材料用于水环境中污染物的去除，在各种多孔吸附剂中，共价有机框架(cofs)因其结构多样性、低密度、永久孔隙度和可设计的孔隙功能，从而成为一种很有前景的应用材料。然而，传统的合成方法所产生的共价有机框架通常是粉末，很难加工，并且由于大多数共价有机框架的微孔、介孔特性和结构的高度堆叠性质限制了污染物分子进入孔隙内部，甚至出现孔隙堵塞的现象，导致污染物吸附效果差。并且通常制备的气凝胶无法直接作为表面增强拉曼散射光谱(sers)技术的基底，去进行污染物检测并评估污染物浓度。

2、目前，相关技术通过不同类型的功能材料与共价有机框架材料复合制备以提高共价有机框架气凝胶的吸附性能。比如，申请公布号为cn 115193417 a的现有技术公开了一种片层状共价有机框架气凝胶及其制备方法，由共价有机框架材料与溶胶基体复合得到，共价有机框架材料由1,3,5-三(4-氨基苯基)苯、均三甲苯和2,5-二甲氧基苯-1,4-二甲醛配位形成，溶胶基体选自海藻酸钠、壳聚糖、纤维素、葡甘露聚糖，制备的共价有机框架材料与溶胶基体水溶液混合，搅拌均匀后冷冻干燥得到片层状共价有机框架气凝胶。

3、但是，上文所述的制备方法在应用中存在以下问题：一是共价有机框架气凝胶只能选择性的吸附喹诺酮类抗生素，去除效果单一，不具备广谱性；二是共价有机框架气凝胶仅具有物理吸附性能，待吸附饱和之后，需要解吸才能重复利用，不具备自清洁性能；三是所制备的共价有机框架气凝胶无法直接作为基底进行表面增强拉曼散射光谱(sers)测试。

技术实现思路

1、本申请公开一种共价有机框架气凝胶及其制备方法和应用，旨在解决现有共价有机框架气凝胶材料去除污染物类型单一、不具备自清洁性能以及无法直接作为基底进行sers测试的技术问题。

2、为了实现上述目的，本申请的技术方案是：

3、本申请的第一方面提供一种共价有机框架气凝胶的制备方法，所述方法包括：

4、制备石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结；

5、在对甲苯磺酸催化作用下，将所述石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结、1,3,5-三甲酰基间苯三酚、氯金酸、2,5-二氨基苯磺酸与氢氧化钠混合水溶液进行水热反应，得到共价有机框架水凝胶；

6、将所述共价有机框架水凝胶冷冻干燥，收集得到共价有机框架气凝胶。

7、本申请的第二方面提供一种共价有机框架气凝胶的制备方法，所述方法包括：

8、制备石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结；

9、在对甲苯磺酸催化作用下，将所述石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结、1,3,5-三甲酰基间苯三酚、2,5-二氨基苯磺酸与氢氧化钠混合水溶液进行水热反应，得到共价有机框架水凝胶；

10、将所述共价有机框架水凝胶冷冻干燥，加入金纳米颗粒，收集得到共价有机框架气凝胶。

11、结合第一方面或第二方面优选地，所述制备石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结的方法包括：将石墨相氮化碳分散液与氧化石墨烯分散液进行混合反应，收集获得石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结。

12、结合第一方面或第二方面优选地，将所述石墨相氮化碳分散液与氧化石墨烯分散液进行混合反应时，所述氧化石墨烯与石墨相氮化碳的浓度比1：2-1：1。

13、结合第一方面或第二方面优选地，所述混合水溶液中的1,3,5-三甲酰基间苯三酚与2,5-二氨基苯磺酸的摩尔比为2：3～8：11。

14、结合第二方面优选地，所述金纳米颗粒分散液中的金纳米颗粒的平均粒径为16nm。

15、结合第一方面或第二方面优选地，所述水热反应的温度为120℃，时间为24-48h。

16、结合第一方面或第二方面优选地，所述冷冻干燥的温度为-80～-50℃，时间为18-30h。

17、本申请的第三方面提供第一方面或第二方面所述方法制成的共价有机框架气凝胶。

18、本申请的第四方面提供第三方面所述共价有机框架气凝胶在水环境治理领域和表面增强拉曼散射光谱中的应用。

19、与现有技术相比，本申请实施例的优点或有益效果至少包括：

20、本申请制备提供的制备方法通过将石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结与1,3,5-三甲酰基间苯三酚、2,5-二氨基苯磺酸、氢氧化钠进行水热反应，并加入金源进行修饰改性，从而制备出共价有机框架气凝胶。有效解决现有共价有机框架气凝胶材料去除污染物类型单一、不具备自清洁性能以及无法直接作为基底进行sers测试的技术问题。

21、其优势在于：本申请制备方法在共价有机框架中引入石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结，并经金纳米颗粒修饰改性，能够使得共价有机框架、金纳米颗粒和石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结产生充分的协同作用，一方面使共价有机框架气凝胶可吸附不同尺寸的污染物，吸附污染物类型多样；另一方面增加其光催化性能，在可见光的照射下可对吸附的污染物进行降解，具有自清洁能力，使材料能够循环再利用；第三方面能够使拉曼信号被显著增强，具有较高的表面增强拉曼散射光谱(sers)活性，可直接作为基底进行污染物检测，并评估污染物浓度。

技术特征：

1.一种共价有机框架气凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.一种共价有机框架气凝胶的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述制备石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结的方法包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述石墨相氮化碳分散液与氧化石墨烯分散液进行混合反应时，所述氧化石墨烯与石墨相氮化碳的浓度比1：2-1：1。

5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述混合水溶液中的1,3,5-三甲酰基间苯三酚与2,5-二氨基苯磺酸的摩尔比为2：3～8：11。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金纳米颗粒分散液中的金纳米颗粒的平均粒径为16nm。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为120℃，时间为24-48h。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻干燥的温度为-80～-50℃，时间为18-30h。

9.根据权利要求1-8任一所述制备方法制成的共价有机框架气凝胶。

10.根据权利要求1-8任一所述制备方法制成的共价有机框架气凝胶在水环境治理领域和表面增强拉曼散射光谱测试中的应用。

技术总结
本申请公开了一种共价有机框架气凝胶及其制备方法和应用，属于气凝胶材料技术领域。本申请制备方法通过将石墨相氮化碳/氧化石墨烯异质结与1,3,5‑三甲酰基间苯三酚、2,5‑二氨基苯磺酸、氢氧化钠进行水热反应，并加入金源进行修饰改性，从而制备出共价有机框架气凝胶。本申请制备的共价有机框架气凝胶具有强吸附和自清洁能力的优势，并且基于表面增强拉曼散射光谱(SERS)技术可直接作为基底进行污染物检测，可评估污染物浓度。

技术研发人员：渠陆陆,张迎弟,洪馨悦,温冰雪,吴紫雯
受保护的技术使用者：江苏师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24