一种基于呋喃二羧酸MOF的复合纸基材料的制备方法

本发明涉及复合材料，具体是一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法。

背景技术：

1、醛类化合物是最常见的挥发性有机化合物(vocs)之一，被认为是室内空气的主要污染物，特别是，在商业或住宅等封闭环境中，空气中的甲醛是毒性最大的挥发性有机化合物之一，虽然确定单个产品的甲醛排放量可能具有挑战性，但室内环境中甲醛的最大来源已被确定为木地板饰面、木制家具、地毯和油漆，浓度水平通常取决于各种因素，如甲醛来源、温度、湿度和空气交换率，通过吸附来减少封闭环境中空气污染物已被证明是控制空气质量的最有效方法，考虑到甲醛浓度较低，这种方法特别有效。

2、迄今为止，各种多孔材料，如活性炭、金属有机框架(mof)、介孔氧化铝、氮化硼、过渡金属掺杂石墨烯等，已经被证明在室内可以有效去除空气中的甲醛，特别是mof材料，由于它们可调的孔结构、极大的比表面积以及极性官能团，更是受到相关领域研究者的广泛关注。

3、然而，将mof材料直接用于室内甲醛的吸附，无论从可持续发展角度，还是实际使用便利性方面都存在挑战，这是因为，一方面目前绝大多数mof材料是都是由金属中心离子与石油产物衍生的有机配体所合成，石油产物衍生的有机配体的大量使用既具有较高的使用成本，且难以降解，因而不符合我国可持续发展战略，另一方面，mof材料往往呈现粉体状或微小颗粒状，因而在实际室内使用中不易取用和回收，甚至容易对人体呼吸道造成损伤，因而，构筑基于生物质配体mof，并将其固定于宏观材料，是成为可应用于实际室内甲醛吸附的新材料。

4、有机配体2,5-呋喃二羧酸(2,5-furanedicarboxylic acid，fdca)是一种天然的有机配体，早在2004年就被美国能源部列为建立未来“绿色”化学工业的12种优先化学品中的第二位，是合成“绿色”mof材料的良好选择，helge reinsch教授等人分别以氧氯化锆、硝酸铈(iv)铵为中心离子，fdca为配体，制备了zr-cau-28和ce-cau-28两种mof材料(inorg.chem.2017,56,2270-2277)，然而，到目前为止，还未见将含fdca的mof材料用于去除甲醛的研究。

5、此外，纤维素是地球上储存最为丰富的生物质材料，其表面富含羟基官能团，可以通过原位合成的策略将mof材料稳定的固定在其表面，目前已有大量的mof/纤维素复合材料用于催化、吸附、储能等领域，此外，纤维素基复合材料，如纸基复合材料材料，或气凝胶复合材料材料，继承了纤维素材料良好的机械性能和生物相容性，可以直接作为吸附剂、甚至墙纸方便的用于室内甲醛去除。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就是克服以上的技术缺陷，提供一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法。

2、为了解决上述问题，本发明的技术方案为：

3、步骤1，制备纤维素材料；

4、步骤1.1，将naoh、尿素和水按照质量比为7:12:81进行混合制备溶液，备用；

5、步骤1.2，将棉浆板撕碎，浸润在步骤1.1配备好的溶液中，冷冻保存后取出，搅拌直至看不到纤维为止；

6、步骤1.3.1，将步骤1.2搅拌后的液体倒入培养皿中，放入烘箱干燥后取出，进行冲洗直至中性，然后进行冷冻干燥，得到纤维素再生纤维素膜，记为纸基材料；

7、步骤2，将含有金属中心离子和有机配体结构的溶液配置好；

8、步骤2.1，将四氯化锆和fdca共同溶解在40ml的n,n-二甲基甲酰胺溶液中，并在材料溶解后加入4.5ml的乙酸溶液；

9、步骤3，根据步骤1和步骤2所得产物制备纤维素@mof复合吸附材料；

10、步骤3.1，将步骤1所得到的纤维素材料浸入步骤2.1所得到的溶液中，并置入反应釜中，在一定温度下反应一定的时长后，先后用n,n-二甲基甲酰胺和甲醇溶液洗涤材料，最后烘干纤维素@mof复合吸附材料；

11、步骤3.2，将步骤1所得到的纤维素材料浸入步骤2.2所得到的溶液中，并置入反应釜中，在一定温度下反应一定的时长后，用乙醇溶液洗涤材料，最后烘干纤维素@mof复合吸附材料。

12、进一步，所述步骤2.1还可以采用将氯化亚铁和fdca共同溶解在的n,n-二甲基甲酰胺、乙醇、水的混合溶液中。

13、进一步，所述n,n-二甲基甲酰胺、乙醇和水的混合溶液的总容量为12ml，所述n,n-二甲基甲酰胺、乙醇、水的混合溶液的体积比为14:1:1。

14、进一步，所述步骤3.1反应釜的温度为120℃，所述步骤3.1反应釜的时间为12小时，所述步骤3.1中的烘干温度为75℃。

15、进一步，所述步骤1.3.1中还可以将步骤1.2搅拌后的液体倒入柱形模具中，放入烘箱干燥后取出，进行冲洗直至中性，然后进行冷冻干燥，得到纤维素气凝胶材料。

16、进一步，所述四氯化锆的用量范围在0.1至0.5mmol之间，fdca的用量范围在0.1至0.5mmol之间。

17、进一步，所述氯化亚铁的用量范围在0.1至0.7mmol之间，所述fdca的用量范围在0.1至0.7mmol之间。

18、进一步，所述步骤3.2反应釜的温度为125℃，所述步骤3.1反应釜中的时间为12小时，所述步骤3.1中的烘干温度为75℃。

19、本发明与现有的技术相比的优点在于：

20、1.本发明提供一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，含fdca配体mof材料的使用，减少了相关产业对石油产品的依赖，符合碳减政策和可持续发展战略；

21、2.本发明提供一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，基于fdca的mof材料，一方面配体中具有极性的羧基官能团，有利于对甲醛的结合与吸附；另一方面mof的多孔结构也可以进一步增强其吸附性能；

22、3.本发明提供一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，纤维素纸基或气凝胶基基质的使用，可以有效的将mof颗粒固定在其表面，利于后期实际使用，并减少二次污染。

技术特征：

1.一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1.3.1中还可以将步骤1.2搅拌后的液体倒入柱形模具中，放入烘箱干燥后取出，进行冲洗直至中性，然后进行冷冻干燥，得到纤维素气凝胶材料。

3.根据权利要求1所述的一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2.1还可以采用将氯化亚铁和fdca共同溶解在的n,n-二甲基甲酰胺、乙醇、水的混合溶液中。

4.根据权利要求1所述的一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，其特征在于：所述四氯化锆的用量范围在0.1至0.5mmol之间，fdca的用量范围在0.1至0.5mmol之间。

5.根据权利要求3所述的一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，其特征在于：所述n,n-二甲基甲酰胺、乙醇和水的混合溶液的总容量为12ml，所述n,n-二甲基甲酰胺、乙醇、水的混合溶液的体积比为14:1:1。

6.根据权利要求3所述的一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，其特征在于：所述氯化亚铁的用量范围在0.1至0.7mmol之间，所述fdca的用量范围在0.1至0.7mmol之间。

7.根据权利要求1所述的一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3.1反应釜的温度为120℃，所述步骤3.1反应釜的时间为12小时，所述步骤3.1中的烘干温度为75℃。

8.根据权利要求1所述的一种基于呋喃二羧酸mof的复合纸基材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3.2反应釜的温度为125℃，所述步骤3.1反应釜中的时间为12小时，所述步骤3.1中的烘干温度为75℃。

技术总结
本发明公开了一种基于呋喃二羧酸MOF的复合纸基材料的制备方法，步骤1，制备纤维素材料，步骤2，将含有金属中心离子和有机配体结构的溶液配置好，步骤3，根据步骤1和步骤2所得产物制备纤维素@MOF复合吸附材料。本发明首次在纤维素(棉纤维、细菌纤维素)纸基、气凝胶表面原位合成了含FDCA配体的MOF材料，并将其用于室内甲醛气体的吸附和去除，通过含FDCA配体MOF材料的使用，减少了相关产业对石油产品的依赖，符合碳减政策和可持续发展战略，基于FDCA的MOF材料，一方面配体中具有极性的羧基官能团，有利于对甲醛的结合与吸附；另一方面MOF的多孔结构也可以进一步增强其吸附性能，纤维素纸基或气凝胶基基质的使用，可以有效的将MOF颗粒固定在其表面。

技术研发人员：钱立伟,李喜宽,张丽静,严广棋,姚黎明,宋文琦
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12