[发明专利]一种中空核壳磁性金属有机骨架复合材料的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性金属有机骨架复合材料，特别是一种中空核壳磁性金属有机骨架复合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8的合成方法。

背景技术

金属有机骨架材料(MOFs)，一种新型的具有孔道结构的多孔材料，它是一类金属离子或金属簇通过配位作用和有机配体自组装形成的网状骨架结构，具有比表面积大、孔道结构规整、孔的形状和尺寸可调控等特性，在吸附、催化、分离有广阔应用前途。

沸石咪唑脂骨架材料(ZIFs)是MOFs材料的一种，它是由二价金属离子和去质子的咪唑链相连接而构成四面体结构，由于咪唑链和金属离子之间有较强的相互作用，所以ZIFs材料通常比其他的MOFs材料具有较高的热稳定性、耐潮解性及化学稳定性。研究还发现ZIFs材料在催化、磁性、生物活性、气体储存和分离等方面均表现出良好的性能。

为高效、快速的分离液体基质中的目标污染物，磁分离技术是一个最佳的选择，磁性金属有机骨架复合材料由于无需高速离心或膜过滤，引起人们极大的兴趣。它兼具有磁性纳米粒子的磁响应特性以及ZIFs材料的优异特性而备受青睐。目前已报道的合成磁性MOFs方法有以下几种：①嵌入法：将磁性颗粒材料嵌入在MOFs表面；②叠层法：将MOFs层覆盖和叠加成长在功能化磁性颗粒材料表面；③封装法：MOFs材料围绕磁性颗粒在其周围成长并将其包裹起来；④混合法：将MOFs材料和磁性颗粒物通过物理或化学作用发生聚合合成。

本发明将Fe₃O₄磁性纳米粒子均匀分散于一定溶剂中并将其ZIFs前体合成溶液加入其中，2-甲基咪唑作为有机配体，通过简单的封装法合成核壳Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8复合材料，再将其合成产物转移到具有聚四氟内衬的反应釜中得到中空核壳结构复合物。由此提供一种简便易行地合成中空核壳磁性金属有机骨架复合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种中空核壳磁性金属有机骨架复合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8的合成方法，该合成方法是采用封装法及溶剂热法，工艺简单、易于实施、环保无污染；合成的中空核壳型Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8复合材料兼具有磁性纳米粒子的磁响应特性以及ZIFs材料的优异特性。

本发明的技术方案：

一种中空核壳磁性金属有机骨架复合材料的合成方法，所述中空核壳磁性金属有机骨架复合材料为Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8，其中沸石咪唑脂骨架(ZIFs)为由金属离子锌钴与2-甲基咪唑构建而成的金属有机骨架材料(MOFs)，合成步骤如下：

1)磁性纳米粒子的制备

将FeCl₃·6H₂O和无水乙酸钠溶于乙二醇-二甘醇(v/v为1∶1)混合溶剂中，加入表面包覆剂并使之溶解，然后将混合溶液转移到具有聚四氟内衬的反应釜中，在200℃下反应12h，冷却后磁分离反应产物，分别用超纯水和无水乙醇各清洗3次，在60℃真空干燥12h，制得Fe₃O₄磁性纳米粒子；

2)复合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8的合成

将上述制得的Fe₃O₄磁性纳米粒子分散在特定溶剂中并超声60min，加入2-甲基咪唑溶液搅拌均匀，然后在40℃温度下缓慢加入Co(NO₃)₂·6H₂O溶液并超声5min，再将Zn(NO₃)₂·6H₂O溶液加入超声10min，这样就制得复合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8；

3)中空复合材料Fe₃O₄/ZIF-67@ZIF-8的制备