[发明专利]一种N掺杂MOF(Fe)吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种N掺杂MOF(Fe)吸附剂及其制备方法与应用。其制备方法是先按现有方法水热合成MOF(Fe)；然后将MOF(Fe)与多巴胺分子置于不锈钢球磨罐中进行球磨，球磨完成后，将其置于乙醇水溶液中水浴活化，活化完成后，将其离心烘干，最后清洗离心再干燥得到N掺杂MOF(Fe)吸附剂。本发明利用高能球磨将多巴胺与MOF(Fe)原骨架中的有机配体置换，达到掺杂目的。通过控制多巴胺分子的添加量、高能球磨时间与频率来有效制备N掺杂MOF(Fe)吸附剂，实现对香料的高效吸附和释香。

技术领域

本发明属于多孔晶体材料领域，尤其涉及一种N掺杂MOF(Fe)吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术

目前，在我国食品加香以及卷烟加香行业当中，消费者逐渐对各类产品提出了更高的要求，如含有特殊香味或者香味丰富的食品及卷烟。这同样也给香精香料行业带来了挑战与发展。而如何实现对香料分子的高效储香释香是香精香料行业需要不断探索完善的问题。在众多储香方法当中，吸附法是目前最具工业前景的一种方法，它以多孔材料为储香材料，利用材料的孔隙结构和表面性质实现与香料分子之间的吸附储香作用，再同外界的刺激(如温度、浓度等)实现香料的再释放。该方法的核心在于吸附剂材料的选择与设计，而传统的吸附剂材料(如活性炭、硅胶、沸石分子筛、大孔吸附树脂等)一般比表面积较小，改性难度大。因此设计一种比表面积较大、改性容易并能对香料能够产生高效吸附释香的吸附剂材料是香精香料行业目前亟待解决的问题。

金属有机骨架材料(MOFs)作为一种新型吸附剂，是指由金属阳离子或金属簇与功能化有机配体通过自组装形成的具有三维周期网状结构的有机-无机杂合新型超高分子多孔材料。近年来，MOFs因其具有较高的比表面积、可调的孔隙结构和表面性质广泛被应用于吸附分离研究当中。

但是，对于储香材料，不仅要考虑其吸附香料的性能，还要关注其在吸附香料后的释香性能。因此，开发一种具有高吸附性能和高释香性能的金属有机骨架材料(MOFs)材料是人们希望的。

为了解决以上问题，提出本发明。

发明内容

本发明针对目前香精香料行业中吸附储香的问题，提供一种对香料实现高效吸附释香的新型N掺杂MOF(Fe)吸附剂及其制备方法与应用。利用球磨摩擦所产生的高能使MOF(Fe)产生晶格缺陷，从而暴露出部分金属位点与多巴胺分子进行配位。通过控制多巴胺分子的添加量以及球磨时间与频率来有效制备N掺杂MOF(Fe)吸附剂，实现对香料分子高效吸附及释香。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种新型N掺杂MOF(Fe)吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)MOF(Fe)材料制备：将Fe(NO₃)₃·9H₂O于容器中，加水进行溶解，在搅拌条件下加入均苯三酸，Fe(NO₃)₃·9H₂O与均苯三酸的摩尔比为1:0.6～0.8，充分混合后，依次加入HF和HNO₃得到悬浮液；再将悬浮液转移至高压反应釜中高温反应，反应结束后，清洗离心再烘干得到MOF(Fe)；

(2)N掺杂MOF(Fe)吸附剂的制备：将步骤(1)得到的MOF(Fe)材料与多巴胺分子按照摩尔比为1:0.1～0.7置于不锈钢球磨罐中，并放置直径不同的不锈钢球磨钢珠进行球磨反应，球磨时间为10～60min，球磨频率20～60Hz；球磨完成后置于乙醇水溶液中80～90℃水浴3～12h，最后进行离心、烘干得到N掺杂MOF(Fe)吸附剂。