[发明专利]一种三维多孔UIO-66@PUF复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维多孔UIO‑66@PUF复合材料及其制备方法和应用，具体制备方法为：首先将聚氨酯预聚体PPU和去离子水在室温下剧烈搅拌混合，释放出CO₂气体，形成了三维多孔结构聚氨酯泡沫PUF；将锆盐和溶剂加入反应釜中得到前驱体溶液；再将制得的PUF加入前驱体溶液中，浸泡过夜形成UIO‑66@PUF复合材料。本发明制备方法简单，制备的三维多孔UIO‑66@PUF复合材料具有较大的比表面积和均匀分布的孔径，对Cr(Ⅵ)具有良好的吸附性且解决了UIO‑66难以回收再利用的问题，具有重要的环境效益和应用价值。

技术领域

本发明属于重金属离子吸附技术领域，具体涉及一种三维多孔UIO-66@PUF复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

环境的污染导致全球约有10亿人无法享用清洁饮用水，水污染是导致世界人口死亡的原因之一。水污染的主要来源为工业废水和生活污水，主要的污染物有重金属离子和各种有机污染物。其中金属离子在工业领域的广泛使用也造成了不可忽视的水污染。因此，有效去除金属离子一直是研究的热点。

近年来，吸附法凭借其环保、可循环使用、操作简单、节能等优点，广泛用于废水中金属离子的去除。主要的吸附材料有活性炭、蒙脱土和树脂材料等。但是活性炭生产成本高，制备工艺复杂、寿命短且难以再生。蒙脱土属于天然矿物吸附剂，然而天然矿物直接用于水处理，对水中污染物的吸附容量较低，将其磨成粉后吸附容量有所增加，但存在难以固液分离，造成二次污染的缺点。

锆基金属有机框架Zr-MOF(UIO-66)材料是一种由金属锆为金属中心，以对苯二甲酸(BDC)为有机配体的多空骨架材料。UIO-66具有高的比表面积、大的孔容、可调的孔径、良好化学稳定性和水热稳定性，吸附位点丰富等优点。但是UIO-66自身的结晶性使它多以粉末形式存在，导致它的加工性和可操作性低，不利于回收利用。因此，将UIO-66负载到聚氨酯泡沫上是实现功能化UIO-66回收再利用的一种有效方法。

聚氨酯泡沫具有多孔性，相对密度小，比强度高等优势，可以很好的和MOFs进行复合。在这个复合材料中，聚氨酯泡沫不仅保持了多孔基底的渗透性，并提供优异的流动性能，大大的降低吸附过程的传质阻力。同时多孔泡沫材料有利于UIO-66纳米颗粒的均匀分布，提供更多的活性位点。整体来说，复合材料具有更宏观的尺寸和优异的分离能力，显著的提高对水的净化能力。新型的复合材料使得UIO-66重复利用成为可能，避免了处理废水时带来的二次污染。

发明内容

本发明的目的是要提供一种三维多孔UIO-66@PUF复合材料及其制备方法和应用。解决MOFs材料对污染物吸附范围小并不易回收的问题，使得多孔载体负载MOFs材料的重复利用成为可能，避免了处理废水时带来的二次污染。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种三维多孔UIO-66@PUF复合材料的制备方法，首先通过聚酯多元醇与有机异氰酸酯之间的扩链反应、水和异氰酸酯之间的发泡反应，合成聚氨酯泡沫材料PUF；以PUF为模板，在室温下原位生长制备UIO-66@PUF复合材料。

具体包括以下步骤：

步骤一：利用聚氨酯预聚体PPU和水的反应制备聚氨酯泡沫材料PUF；

步骤二：将0.2~1g锆盐和10~80mL溶剂加入聚四氟乙烯反应器中，超声处理10~30min，然后在100~130℃烘箱中静置10~24h，得到前驱体溶液；将步骤一得到的PUF剪切成1cm×1cm块状大小，加入到前驱体溶液中，静置12~24h；然后将0.1~1g有机配体加入上述混合物中，并搅拌18~24h；经浸泡、洗涤和干燥处理后即可得到UIO-66@PUF复合材料。

上述步骤二中，锆盐为氯化锆或正丙醇锆。

上述步骤二中，溶剂为DMF或丙酮。