一种含铁有机骨架硅基复合气凝胶的常压制备方法 |
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| 申请号 | CN201611015757.3 | 申请日 | 2016-11-18 | 公开(公告)号 | CN106669554A | 公开(公告)日 | 2017-05-17 |
| 申请人 | 江苏大学; | 发明人 | 韩合坤; 谢吉民; 魏巍; 朱建民; 朱建军; 王舜; 杨凯; 陆俊炜; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于新材料制备技术领域，具体涉及一种含 铁 有机骨架 硅 基复合气凝胶的常压制备方法。本发明将传统气凝胶与MIL(Fe)材料结合，气凝胶材料 比表面积 大，孔隙多， 吸附 效果好，另一方面，MIL(Fe)材料反应位点多，光催化效果好，与传统催化剂相比，将两者复合，其有更多的活性位点暴露在表面，使染料快速到达活性位点，与催化剂 接触 ，极大缩短了反应时间，提高催化效率。采用一步合成法，精确控制均苯三 甲酸 加入的量与搅拌时间，本发明常温合成，设备成本低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种含铁有机骨架硅基复合气凝胶的常压制备方法，其特征在于具体步骤如下：将九水合硝酸铁乙醇溶液与硅溶液A混合，反应后，加入均苯三甲酸乙醇溶液，快速搅拌后取出转子，静置凝胶；经过溶剂交换后真空干燥得到含铁有机骨架硅基复合气凝胶样品。 |
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| 说明书全文 | 一种含铁有机骨架硅基复合气凝胶的常压制备方法技术领域[0001] 本发明属于新材料制备技术领域，具体涉及一种含铁有机骨架硅基复合气凝胶的常压制备方法。 背景技术[0002] 气凝胶是一种具有纳米多孔的轻质材料，其孔隙率可达80％～99.8％，是目前世界上质量最轻，隔热性能最好的固体材料。其在物理学，化学，生物学，药学等众多领域的广泛应用前景备受关注。金属有机骨架(MOFs)作为一种新型的多功能分子基材料，是通过有机桥联配体和无机的金属离子的结合构成的有序网络结构，由于其优异性能，现已在催化，选择性吸附与分离，气体储存以及药物缓释等领域得到较快的发展。目前，MIL系列材料已成为多项催化领域研究最为广泛的MOFs之一。作为研究较为成熟的MIL(Fe)材料与其他材料的复合已引起人们的广泛关注。中国专利申请号CN201510568017.1公开了一种核壳结构BiOX@MIL(Fe)光催化剂的制备方法，所制备的催化剂对水中有机污染物进行降解，具有催化活性高，易于回收，可重复利用等优点。中国专利申请号CN201510644127.1公开了一种磁性MIL—100复合材料的制备方法及应用，该复合材料兼具磁性纳米粒子的磁分离特性以及MIL—101的尺寸排斥效应，可快速，高效地应用于血清生物标志物的发现与检测。 [0003] 本发明将硅基气凝胶与MIL(Fe)材料结合，兼具了硅基气凝胶多孔材料比表面积大，吸附效果好的优点，又具备了MIL(Fe)材料反应位点多，光催化效果好的优点，而且设备简单易操作，制备成本低，效果显著。 发明内容[0004] 本发明的目的是提供一种含铁有机骨架硅基复合气凝胶的常压制备方法，将气凝胶与MIL(Fe)材料复合应用在环境污染治理领域。 [0005] 本发明是通过如下技术方案实现的： [0006] 一种含铁有机骨架硅基复合气凝胶的常压制备方法，包括如下步骤： [0008] 进一步地，正硅酸四乙酯和无水乙醇的体积比为1:0.5-1:3，草酸溶液的浓度为0.006-0.01mol/L，正硅酸四乙酯与草酸溶液体积比为2.5：1---5：1，反应时间范围10-12小时。 [0010] 步骤2中，九水合硝酸铁乙醇溶液浓度为0.1mol/L～0.3mol/L。 [0011] 步骤2中，九水合硝酸铁乙醇溶液与硅溶胶A体积比为1:0.5～1:6；反应时间为1h。 [0012] 步骤2中，均苯三甲酸乙醇溶液浓度为0.1mol/L～0.3mol/L；均苯三甲酸乙醇溶液与九水合硝酸铁乙醇溶液的体积比为1：0.5-1：2。 [0013] 步骤2中，快速搅拌的时间范围为10-20秒，转速2000rpm；静置时间为1-2min。 [0014] 步骤2中，每一次溶剂交换是依次经过乙醇、乙腈浸泡，乙醇和乙腈浸泡的时间均为8h～16h；溶剂交换的次数为3次。 [0015] 有益效果 [0016] (1)合成的样品比表面积较大，吸附效果较好。 [0017] (2)合成的样品对有机染料亚甲基蓝(MB)光催化效果显著，降解效果好。 [0018] (3)此方法常温合成，操作简单，设备成本低，易于合成。 [0019] 此合成方法将传统气凝胶与MIL(Fe)材料结合，气凝胶材料比表面积大，孔隙多，吸附效果好，另一方面，MIL(Fe)材料反应位点多，光催化效果好，与传统催化剂相比，将两者复合，其有更多的活性位点暴露在表面，使染料快速到达活性位点，与催化剂接触，极大缩短了反应时间，提高催化效率。此方法采用一步合成法，要精确控制均苯三甲酸加入的量与搅拌时间，此方法常温合成，设备成本低。附图说明 [0021] 图2为本发明实施例2所制备样品的凝胶实物图。 [0022] 图3为本发明实施例4所制备样品的扫描电镜图。 [0023] 图4为本发明实施例4所制备样品的扫描电镜能谱图。 [0024] 图5为本发明实施例5所制备样品的光催化去除率效果图。 具体实施方式[0025] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述： [0026] 实施例1 [0027] 将正硅酸四乙酯和无水乙醇按体积比为1：1(各10ml))混合，加入浓度为0.008mol/L草酸溶液3.6ml，反应12h，得到二氧化硅溶胶。将浓度为0.1mol/L九水合硝酸铁乙醇溶液与上述硅溶胶体积比1：2混合，反应1h后，加入浓度为0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液与九水合硝酸铁乙醇溶液的体积比为1:1，快速搅拌10-20秒后取出转子，转速2000rpm，静置凝胶1-2分钟。依次经过乙醇乙腈各三次溶剂交换(每次12h)后，放入真空干燥箱内干燥10h后得到含铁有机骨架硅基复合气凝胶样品。 [0028] 实施例2 [0029] 将正硅酸四乙酯和无水乙醇各10ml混合，加入浓度为0.008mol/L草酸溶液3.6ml，反应12小时，得到二氧化硅溶胶。将浓度为0.1mol/L九水合硝酸铁乙醇溶液与上述硅溶胶体积比1：4混合，反应1小时后，加入浓度为0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液与九水合硝酸铁乙醇溶液的体积比为1:2，快速搅拌10-20秒后取出转子，转速2000rpm，静置1-2分钟凝胶，依次经过乙醇乙腈各三次溶剂交换(每次12小时)后，放入真空干燥箱内干燥10小时后得到复合纳米气凝胶样品。 [0030] 实施例3 [0031] 将5ml正硅酸四乙酯和10ml无水乙醇混合，加入浓度为0.01mol/L草酸溶液2ml，反应12小时，得到二氧化硅溶胶。将浓度为0.1mol/L九水合硝酸铁乙醇溶液与上述硅溶胶体积比1：2混合，反应1小时后，加入浓度为0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液与九水合硝酸铁乙醇溶液的体积比为1:0.5，快速搅拌10-20秒后取出转子，转速2000rpm，静置1-2分钟凝胶。依次经过乙醇乙腈各三次溶剂交换(每次12小时)后，放入真空干燥箱内干燥10小时后得到复合纳米气凝胶样品。 [0032] 实施例4 [0033] 将5ml正硅酸四乙酯和10ml无水乙醇混合，加入浓度为0.01mol/L草酸溶液2ml，反应12小时，得到二氧化硅溶胶。将浓度为0.1mol/L九水合硝酸铁乙醇溶液与上述硅溶胶体积比1：0.5混合，反应1小时后，加入浓度为0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液与九水合硝酸铁乙醇溶液的体积比为1:1，快速搅拌10-20秒后取出转子，转速2000rpm，静置1-2分钟凝胶。依次经过乙醇乙腈各三次溶剂交换(每次12小时)后，放入真空干燥箱内干燥10小时后得到复合纳米气凝胶样品。 [0034] 实施例5 [0035] 将5ml正硅酸四乙酯和10ml无水乙醇混合，加入浓度为0.008mol/L草酸溶液2ml，反应12小时，得到二氧化硅溶胶。将浓度为0.2mol/L九水合硝酸铁乙醇溶液与上述硅溶胶体积比1：0.5混合，反应1小时后，加入浓度为0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液与九水合硝酸铁乙醇溶液的体积比为1:2，快速搅拌10-20秒后取出转子，转速2000rpm，静置1-2分钟凝胶，依次经过乙醇乙腈各三次溶剂交换(每次12小时)后，放入真空干燥箱内干燥10小时后得到复合纳米气凝胶样品。 [0036] 实施例6 [0037] 将10ml正硅酸四乙酯和5ml无水乙醇混合，加入浓度为0.01mol/L草酸溶液2ml，反应12小时，得到二氧化硅溶胶。将浓度为0.2mol/L九水合硝酸铁乙醇溶液与上述硅溶胶体积比1：0.5混合，反应1小时后，加入浓度为0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液与九水合硝酸铁乙醇溶液的体积比为1:0.5，快速搅拌10-20秒后取出转子，转速2000rpm，静置1-2分钟凝胶，依次经过乙醇乙腈各三次溶剂交换(每次12小时)后，放入真空干燥箱内干燥10小时后得到复合纳米气凝胶样品。 [0038] 实施例7 [0039] 将10ml正硅酸四乙酯和5ml无水乙醇混合，加入浓度为0.01mol/L草酸溶液2ml，反应12小时，得到二氧化硅溶胶。将浓度为0.2mol/L九水合硝酸铁乙醇溶液与上述硅溶胶体积比1：0.5混合，反应1小时后，加入浓度为0.2mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液与九水合硝酸铁乙醇溶液的体积比为1:1，快速搅拌10-20秒后取出转子，转速2000rpm，静置1-2分钟凝胶，依次经过乙醇乙腈各三次溶剂交换(每次12小时)后，放入真空干燥箱内干燥10小时后得到复合纳米气凝胶样品。 [0040] 实施例8 [0041] 将10ml正硅酸四乙酯和5ml乙醇混合，加入浓度为0.01mol/L草酸溶液2ml，反应12小时，得到二氧化硅溶胶。将浓度为0.2mol/L九水合硝酸铁乙醇溶液与上述硅溶胶体积比1：0.5混合，反应1小时后，加入浓度为0.3mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液与九水合硝酸铁乙醇溶液的体积比为1:2，快速搅拌10-20秒后取出转子，转速2000rpm，静置1-2分钟凝胶；依次经过乙醇乙腈各三次溶剂交换(每次12小时)后，放入真空干燥箱内干燥10小时后得到复合纳米气凝胶样品。 [0042] 图1为本发明实施例1所制备样品的傅立叶变换红外光谱图，在3300cm-1处为O-H基团的伸缩振动，1630cm-1处为C＝O的伸缩振动，1090cm-1处为Si-O-Si的反对称伸缩振动。 [0043] 图2为本发明实施例2所制备样品的实物图，宏观为红棕色固体。 [0044] 图3为本发明实施例4所制备样品的扫描电镜图，其为不规则外形。 [0046] 图5为本发明实施例5所制备样品的光催化去除率效果图，常温下进行光催化反应，采用钨灯光源，3小时反应后测吸光度，对有机染料亚甲基蓝(MB)的光催化效果可达96％，可以看到复合气凝胶有较好的吸附和光催化效果。 |
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