[发明专利]一种介孔Zr基配位聚合物及其制备与应用

说明书

一种介孔Zr基配位聚合物，所述配位聚合物为介孔材料，平均孔径为～3.8nm，比表面积为125～157m²/g，由如下方法制备得到：分别配制ZrCl₄的水溶液及对苯二甲酸和碱(或有机胺)的水溶液，混合得到样品体系，样品体系反应1～24h后，离心、依次用三乙胺和丙酮反复洗涤2～3次、在60℃下真空干燥12h，即得所述介孔Zr基配位聚合物。本发明的Zr基配位聚合物具有比表面积高和介孔的特征，而且其制备方法简单、无污染、产率高、适合于大规模生产。这种介孔Zr基配位聚合物对染料(亚甲基蓝和甲基橙)和重金属离子(Fe³⁺、Co²⁺、Ni²⁺和Cu²⁺)都具有较高的吸附量，且能够重复使用，重复五次后仍然达到初次吸附量的93.4％。

(一)技术领域

本发明涉及一种介孔Zr基配位聚合物及其制备方法，以及其作为吸附剂的应用。

(二)背景技术

污水处理，特别是对其中的有机染料和重金属例子的处理，是环保领域迫切需要解决的问题。吸附方法因操作简单、样品用量少且费用低而被广泛使用。常用的吸附剂包括活性炭和多孔配位聚合物，后者具有高表面积、组分和孔径可调等特性，近年来受到国内外的高度关注。多孔配位聚合物通常是指由过渡金属离子或金属簇与有机配体利用分子组装和晶体工程的方法得到的具有单一尺寸和形状的空腔的配位聚合物。其中，Zr基多孔配位聚合物显示对酸碱的高度稳定性而备受关注。因此，制备Zr基多孔配位聚合物并应用于吸附染料分子或重金属离子一直是研究的重点和热点。但目前Zr基多孔配位聚合物大多是在有机溶剂，如DMF中合成，制备过程较为复杂、成本高且会对环境造成进一步污染，且所得材料为微孔材料，难以提高吸附剂的吸附量。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种介孔Zr基配位聚合物及其制备方法，以及其作为吸附剂的应用。

本发明采用的技术方案是：

一种介孔Zr基配位聚合物，所述配位聚合物为介孔材料，平均孔径为3.8～6nm，比表面积为125～157m²/g，由如下方法制备得到：分别配制ZrCl₄的水溶液及对苯二甲酸和碱的水溶液，混合得到样品体系，样品体系反应1～24h后，离心、依次用三乙胺和丙酮反复洗涤2～3次、在60℃下真空干燥24h，即得所述介孔Zr基配位聚合物。

根据国际纯粹与应用化学协会(IUPAC)的定义，孔径小于2纳米的称为微孔；孔径大于50纳米的称为大孔；孔径在2到50纳米之间的称为介孔(或称中孔)，本发明配位聚合物为介孔结构，吸附量相对于微孔结构有较大提高。

所述ZrCl₄、对苯二甲酸和碱的摩尔用量之比为1：1～2：2～3。

本发明还涉及制备所述的介孔Zr基配位聚合物的方法，所述方法包括：

(1)分别配制ZrCl₄的水溶液及对苯二甲酸和碱的水溶液，混合得到样品体系；ZrCl₄、对苯二甲酸和碱(有机碱或无机碱)的摩尔用量之比为1：1～2：2～3；

(2)样品体系在室温下搅拌反应1～24h，或者在含聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜里于100～120℃下反应1～12h；

(3)反应结束后离心，取沉淀依次用三乙胺和丙酮反复洗涤2～3次、在50～60℃下真空干燥24h，即得所述介孔Zr基配位聚合物。

优选的，ZrCl₄、对苯二甲酸和碱的摩尔用量之比为1：1：2。

具体的，所述的碱为三乙胺、氨水或NaOH中的一种。

本发明还涉及所述的配位聚合物作为吸附剂的应用。

具体的，所述吸附剂用于吸附染料或重金属离子。