[发明专利]纤维素/金属有机框架复合物的原位合成制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及金属有机框架复合物的制备方法，具体涉及一种纤维素/金属有机框架复合物的原位合成制备方法及其应用。

背景技术

天然纤维素是地球上最丰富的生物质资源，纳米纤维素具有纤维素的基本结构、性能以及纳米颗粒的典型特性，是一种新型的高分子功能材料，纤维素纳米纤维具有高结晶度、高强度及高比表面积等特性，加之具有轻质、生物相容性及可降解性，其在造纸、建筑、食品、电子产品、医学等众多领域具有极大的应用前景。常见纤维素纳米纤维制备方法有机械法，化学法及生物处理法等。

金属有机框架物薄膜是一种厚度在纳米至微米范围、附着于基质上的多孔功能薄膜，理想情况下，金属有机框架物薄膜表面光滑、各项同性，具有高的孔隙率和良好的化学稳定性，可以应用于分离、吸附、催化、药物缓释载体、储氢等诸多领域。

随着工业社会的发展，环境污染日益严重，空气的污染也日益严峻，严重威胁到人们的身体健康，尤其是近几年来我国的空气污染非常严重，雾霾天气越来越多，而且PM2.5指数经常超量程。要完全解决雾霾天气的可能还需要10-20 年时间，怎样在有雾霾的天气条件下能呼吸到新鲜空气就需要将含雾霾空气净化过滤，将有毒气体进行吸附。另外香烟的降焦除害也是一大难题。

目前，制备金属有机框架物多采用溶剂热的方法，而专利号为 ZL201210383466.5的中国专利文献公开了一种氢氧化物纳米线和有机配体在常温下快速制备金属有机框架物薄膜的方法，步骤如下：1)在磁力搅拌下，将乙醇胺水溶液加入同体积硝酸铜、硝酸锌或硝酸镉水溶液中，调慢搅拌速度，获得相应的氢氧化铜、氢氧化锌或氢氧化镉纳米线溶液，将纳米线溶液直接过滤在多孔氧化铝膜上形成一层纳米线层；2)将纳米线层加入到溶剂为乙醇、辛醇或DMF的有机配体溶液中，在常温下反应30min得到金属有机框架物薄膜。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种纤维素/金属有机框架复合物的原位合成制备方法及其应用，能够在常温下制备纤维素/金属有机框架复合物的薄膜，用于空气的过滤与净化，有毒气体的吸附及香烟的降焦除害。

本发明通过物理搅拌、静电吸附将纤维素与前驱体溶液混合，将金属有机框架物原位地引入纤维素中，保证了纤维素和金属有机框架物各自结构和功能的完整性，耗能低，无污染，快速高效。

本发明所采用的技术方案是包括如下步骤，如图1所示：

1)制备氧化2-8天适宜的纤维素混合溶液，将纤维素混合溶液进行稀释；

2)制备前驱体溶液；

3)将前驱体溶液、纤维素混合溶液和有机配体通过特定方式混合处理，制备获得纤维素/金属有机框架物复合物。

所述的前驱体溶液采用金属盐溶液或者氢氧化物纳米线溶液。

所述前驱体溶液采用氢氧化物纳米线溶液，所述步骤3)具体为：

3.1)再将制备的氢氧化物纳米线溶液与稀释的纤维素混合溶液进行混合，搅拌均匀，真空抽滤得到纤维素和氢氧化物纳米线复合膜；

3.2)将有机配体溶于乙醇和水的混合溶液，得到有机配体溶液；

3.3)将纤维素和氢氧化物纳米线复合膜置于足量的有机配体溶液中，常温下反应2～24小时后得到纤维素/金属有机框架物复合薄膜。

所述的前驱体溶液采用金属盐溶液，金属盐溶液和稀释的纤维素混合溶液以及有机配体溶液混合反应，所述步骤3)具体为：

3.1)将有机配体溶于乙醇和水的混合溶液，得到有机配体溶液；

3.2)将金属盐溶液、稀释的纤维素混合溶液和有机配体溶液进行混合，混合均匀，在50-120℃高温下反应24小时后得到纤维素/金属有机框架物复合溶液，再通过真空抽滤制得薄膜。

所述的氧化适宜的纤维素混合溶液的配制是以去离子水作为溶剂，加入 TEMPO、NaClO溶液和纤维素在常温下机械搅拌获得，获得的纤维素混合溶液中，纤维素质量含量为0.5-2wt％，TEMPO的质量含量为0.016-3.200g/100mL， NaClO的质量含量为15-20mL/100mL。本发明是在机械搅拌条件下，加入 TEMPO和NaClO来氧化纤维素制备纳米纤维素，操作简单、常温制备。

所述的氢氧化物纳米线溶液制备方法为：先将乙醇胺加入乙醇和水的混合液中得到乙醇胺溶液，然后将硝酸铜或者硝酸锌加入乙醇和水的混合液中得到硝酸铜溶液或者硝酸锌溶液，再将乙醇胺溶液与硝酸铜溶液或者硝酸锌溶液混合，搅拌并将反应容器密封反应后获得氢氧化铜纳米线或氢氧化锌纳米线溶液。