[发明专利]一种金属有机骨架泡沫材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属有机骨架泡沫材料及其制备方法和在微塑料过滤中的应用，本发明将Zr盐和对苯二甲酸或官能团取代的对苯二甲酸加入丙酮中混合，然后加入载体树脂材料，加热反应，冷却，洗涤，干燥，制备得到一系列具有互穿结构、MOF分布均匀、缺陷多、耐久性好的泡沫材料。该泡沫材料可以在水或者海水条件下实现对微塑料高效过滤，具有极大的水稳定以及海水稳定性，可适用于不同浓度的以及各种类型的微塑性过滤，展现了极大的通用性。值得注意的是，该材料的制备以及应用的开发，对于开发新型的微塑性过滤技术提供了极大的帮助，在未来解决海洋塑料污染问题有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种金属有机骨架(MOFs)泡沫材料及其制备方法和在微塑料过滤中的应用，属于金属有机骨架泡沫材料技术领域。

背景技术

随着工业的发展和世界人口的急剧增加，人类的生活和工业生产活动带来了大量废弃塑料。废塑料带来的污染问题已经成为人来社会面临的一个巨大的环境危机。在2018年，全球累计塑料消费总量高达80亿吨左右，而其中只有少量(约9％)被回收利用。然而，废塑料由于其耐化学性强的特性，大部分废塑料滞留在环境中并且可以滞留很长一段时间而不被降解。这些滞留在环境中的废塑料，其中有一部分会流入海洋，通过海浪的机械作用以及海洋环境的生物作用而被分解成微塑料。在2004年，“微塑料”的概念首次在出版的期刊上被提出，将直径小于5毫米的塑料碎片定义为微塑料，它也被形象的称为“海洋中的PM_2.5”。全球每年塑料的生产总量约为2.75亿吨，而从陆地流入海洋中的每年约500-1300万吨，这个数值还在逐年增加，造成海洋中微塑料的量也在逐年增加。此外，人类活动也会产生的一些废弃的微塑料，比如清洁剂中的微珠、轮胎磨损残留路面的塑料碎片以及洗衣机废水中的细小的合成纤维，这些是通过人类活动直接产生的微塑料也会流入水体，甚至海洋中，将进一步加剧微塑料的污染危机。有研究表明，在2014年，约有1.5-5.1×10¹²块微塑料漂浮在海上，其总重量约为9.3×10⁴-2.36×10⁵吨。由于微塑料颗粒尺寸小，具有较高的比表面积，所以它极易吸附污染物(如多氯联苯或双酚A等)。这种吸附污染物漂浮的微塑料极易被浮游生物或者海鸟等动物摄入，进入体内组织甚至血细胞中等。同时，人类处于有机食物链的顶端，通过食物链，微塑料极可能转移至人体内，在人体内堆积，给人类健康带来不可预测的危害。因此，这些在水体中的微塑料会带来更严重的危害，将极大的污染海洋的生态环境，最终必将危害人类的生命健康。

为了解决微塑性污染的问题，虽然控制微塑料的来源是至关重要，但是，该这是与世界上每个人都是息息相关的，需要全世界人民共同努力，并且需要很长的时间以及几代人的共同努力。相比之下，发展新型的微塑料过滤技术可能是更有前途的策略，它可以及时的在减轻微塑料污染问题的作用上发挥一定的作用。从水相中过滤出固体颗粒，在目前的技术中，常用方法主要为：典型的过滤，微滤，超滤或纳滤等。对于典型的过滤技术，滤纸是常用的材料。然而，滤纸的过滤孔径相对较大(20-25μm)，可能只能滤出十微米以上的微塑料，很难有效地过滤出几微米或者纳米级的微塑料。对于微滤(0.1-1μm)，超滤(2-100nm)或者纳滤(～2nm)，虽然可以过滤出微米或者纳米级的微塑料，但是，它们具有一些无法改善的缺点，例如：1)它们的孔径小可能会导致过滤速度减慢，甚至造成堵孔，这将对大规模的微塑料处理造成极大的阻碍；2)过滤方式往往是需要在高压条件下进行，这可能产生一些能源消耗，带来较高的成本以及3)回收循环通常需要借助高压反冲技术，这大大增加了回收的难度以及成本。另外，尽管目前已经有一些关于海水中微颗粒过滤的报道，他们主要针对的是海水中粒径大于5μm的细沙，采用的方法是转盘离心法来过滤，并且需要消耗大量的能源。据知，很少有研究报道关于过滤微塑料的有效策略。因此，关于解决微塑料污染问题材料的开发，已经成为人们亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明提出了一种金属有机骨架(MOFs)泡沫材料及其制备方法和应用，目的在于应用于水体中微塑料的过滤，为解决海洋塑料污染提供有效的建议。