本發(fā)明屬于新材料制備技術領域，具體涉及一種含鐵有機骨架硅基復合氣凝膠的常壓制備方法。

背景技術：

氣凝膠是一種具有納米多孔的輕質(zhì)材料，其孔隙率可達80％～99.8％，是目前世界上質(zhì)量最輕，隔熱性能最好的固體材料。其在物理學，化學，生物學，藥學等眾多領域的廣泛應用前景備受關注。金屬有機骨架(MOFs)作為一種新型的多功能分子基材料，是通過有機橋聯(lián)配體和無機的金屬離子的結合構成的有序網(wǎng)絡結構，由于其優(yōu)異性能，現(xiàn)已在催化，選擇性吸附與分離，氣體儲存以及藥物緩釋等領域得到較快的發(fā)展。目前，MIL系列材料已成為多項催化領域研究最為廣泛的MOFs之一。作為研究較為成熟的MIL(Fe)材料與其他材料的復合已引起人們的廣泛關注。中國專利申請?zhí)朇N201510568017.1公開了一種核殼結構BiOX@MIL(Fe)光催化劑的制備方法，所制備的催化劑對水中有機污染物進行降解，具有催化活性高，易于回收，可重復利用等優(yōu)點。中國專利申請?zhí)朇N201510644127.1公開了一種磁性MIL—100復合材料的制備方法及應用，該復合材料兼具磁性納米粒子的磁分離特性以及MIL—101的尺寸排斥效應，可快速，高效地應用于血清生物標志物的發(fā)現(xiàn)與檢測。

本發(fā)明將硅基氣凝膠與MIL(Fe)材料結合，兼具了硅基氣凝膠多孔材料比表面積大，吸附效果好的優(yōu)點，又具備了MIL(Fe)材料反應位點多，光催化效果好的優(yōu)點，而且設備簡單易操作，制備成本低，效果顯著。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種含鐵有機骨架硅基復合氣凝膠的常壓制備方法，將氣凝膠與MIL(Fe)材料復合應用在環(huán)境污染治理領域。

本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的：

一種含鐵有機骨架硅基復合氣凝膠的常壓制備方法，包括如下步驟：

步驟1、向一定體積比的正硅酸四乙酯和無水乙醇的混合溶液中，加入一定濃度的草酸溶液，反應一定時間，得到硅溶膠A。

進一步地，正硅酸四乙酯和無水乙醇的體積比為1:0.5-1:3，草酸溶液的濃度為0.006-0.01mol/L，正硅酸四乙酯與草酸溶液體積比為2.5：1---5：1，反應時間范圍10-12小時。

步驟2、將九水合硝酸鐵乙醇溶液與硅溶膠A混合，反應后，加入均苯三甲酸乙醇溶液，快速攪拌后取出轉子，靜置凝膠；經(jīng)過溶劑交換后真空干燥得到含鐵有機骨架硅基復合氣凝膠樣品。

步驟2中，九水合硝酸鐵乙醇溶液濃度為0.1mol/L～0.3mol/L。

步驟2中，九水合硝酸鐵乙醇溶液與硅溶膠A體積比為1:0.5～1:6；反應時間為1h。

步驟2中，均苯三甲酸乙醇溶液濃度為0.1mol/L～0.3mol/L；均苯三甲酸乙醇溶液與九水合硝酸鐵乙醇溶液的體積比為1：0.5-1：2。

步驟2中，快速攪拌的時間范圍為10-20秒，轉速2000rpm；靜置時間為1-2min。

步驟2中，每一次溶劑交換是依次經(jīng)過乙醇、乙腈浸泡，乙醇和乙腈浸泡的時間均為8h～16h；溶劑交換的次數(shù)為3次。

有益效果

(1)合成的樣品比表面積較大，吸附效果較好。

(2)合成的樣品對有機染料亞甲基藍(MB)光催化效果顯著，降解效果好。

(3)此方法常溫合成，操作簡單，設備成本低，易于合成。

此合成方法將傳統(tǒng)氣凝膠與MIL(Fe)材料結合，氣凝膠材料比表面積大，孔隙多，吸附效果好，另一方面，MIL(Fe)材料反應位點多，光催化效果好，與傳統(tǒng)催化劑相比，將兩者復合，其有更多的活性位點暴露在表面，使染料快速到達活性位點，與催化劑接觸，極大縮短了反應時間，提高催化效率。此方法采用一步合成法，要精確控制均苯三甲酸加入的量與攪拌時間，此方法常溫合成，設備成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1所制備樣品的傅立葉變換紅外光譜圖。

圖2為本發(fā)明實施例2所制備樣品的凝膠實物圖。

圖3為本發(fā)明實施例4所制備樣品的掃描電鏡圖。

圖4為本發(fā)明實施例4所制備樣品的掃描電鏡能譜圖。

圖5為本發(fā)明實施例5所制備樣品的光催化去除率效果圖。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發(fā)明作進一步描述：

實施例1

將正硅酸四乙酯和無水乙醇按體積比為1：1(各10ml))混合，加入濃度為0.008mol/L草酸溶液3.6ml，反應12h，得到二氧化硅溶膠。將濃度為0.1mol/L九水合硝酸鐵乙醇溶液與上述硅溶膠體積比1：2混合，反應1h后，加入濃度為0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液與九水合硝酸鐵乙醇溶液的體積比為1:1，快速攪拌10-20秒后取出轉子，轉速2000rpm，靜置凝膠1-2分鐘。依次經(jīng)過乙醇乙腈各三次溶劑交換(每次12h)后，放入真空干燥箱內(nèi)干燥10h后得到含鐵有機骨架硅基復合氣凝膠樣品。

實施例2

將正硅酸四乙酯和無水乙醇各10ml混合，加入濃度為0.008mol/L草酸溶液3.6ml，反應12小時，得到二氧化硅溶膠。將濃度為0.1mol/L九水合硝酸鐵乙醇溶液與上述硅溶膠體積比1：4混合，反應1小時后，加入濃度為0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液與九水合硝酸鐵乙醇溶液的體積比為1:2，快速攪拌10-20秒后取出轉子，轉速2000rpm，靜置1-2分鐘凝膠，依次經(jīng)過乙醇乙腈各三次溶劑交換(每次12小時)后，放入真空干燥箱內(nèi)干燥10小時后得到復合納米氣凝膠樣品。

實施例3

將5ml正硅酸四乙酯和10ml無水乙醇混合，加入濃度為0.01mol/L草酸溶液2ml，反應12小時，得到二氧化硅溶膠。將濃度為0.1mol/L九水合硝酸鐵乙醇溶液與上述硅溶膠體積比1：2混合，反應1小時后，加入濃度為0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液與九水合硝酸鐵乙醇溶液的體積比為1:0.5，快速攪拌10-20秒后取出轉子，轉速2000rpm，靜置1-2分鐘凝膠。依次經(jīng)過乙醇乙腈各三次溶劑交換(每次12小時)后，放入真空干燥箱內(nèi)干燥10小時后得到復合納米氣凝膠樣品。

實施例4

將5ml正硅酸四乙酯和10ml無水乙醇混合，加入濃度為0.01mol/L草酸溶液2ml，反應12小時，得到二氧化硅溶膠。將濃度為0.1mol/L九水合硝酸鐵乙醇溶液與上述硅溶膠體積比1：0.5混合，反應1小時后，加入濃度為0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液與九水合硝酸鐵乙醇溶液的體積比為1:1，快速攪拌10-20秒后取出轉子，轉速2000rpm，靜置1-2分鐘凝膠。依次經(jīng)過乙醇乙腈各三次溶劑交換(每次12小時)后，放入真空干燥箱內(nèi)干燥10小時后得到復合納米氣凝膠樣品。

實施例5

將5ml正硅酸四乙酯和10ml無水乙醇混合，加入濃度為0.008mol/L草酸溶液2ml，反應12小時，得到二氧化硅溶膠。將濃度為0.2mol/L九水合硝酸鐵乙醇溶液與上述硅溶膠體積比1：0.5混合，反應1小時后，加入濃度為0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液與九水合硝酸鐵乙醇溶液的體積比為1:2，快速攪拌10-20秒后取出轉子，轉速2000rpm，靜置1-2分鐘凝膠，依次經(jīng)過乙醇乙腈各三次溶劑交換(每次12小時)后，放入真空干燥箱內(nèi)干燥10小時后得到復合納米氣凝膠樣品。

實施例6

將10ml正硅酸四乙酯和5ml無水乙醇混合，加入濃度為0.01mol/L草酸溶液2ml，反應12小時，得到二氧化硅溶膠。將濃度為0.2mol/L九水合硝酸鐵乙醇溶液與上述硅溶膠體積比1：0.5混合，反應1小時后，加入濃度為0.1mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液與九水合硝酸鐵乙醇溶液的體積比為1:0.5，快速攪拌10-20秒后取出轉子，轉速2000rpm，靜置1-2分鐘凝膠，依次經(jīng)過乙醇乙腈各三次溶劑交換(每次12小時)后，放入真空干燥箱內(nèi)干燥10小時后得到復合納米氣凝膠樣品。

實施例7

將10ml正硅酸四乙酯和5ml無水乙醇混合，加入濃度為0.01mol/L草酸溶液2ml，反應12小時，得到二氧化硅溶膠。將濃度為0.2mol/L九水合硝酸鐵乙醇溶液與上述硅溶膠體積比1：0.5混合，反應1小時后，加入濃度為0.2mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液與九水合硝酸鐵乙醇溶液的體積比為1:1，快速攪拌10-20秒后取出轉子，轉速2000rpm，靜置1-2分鐘凝膠，依次經(jīng)過乙醇乙腈各三次溶劑交換(每次12小時)后，放入真空干燥箱內(nèi)干燥10小時后得到復合納米氣凝膠樣品。

實施例8

將10ml正硅酸四乙酯和5ml乙醇混合，加入濃度為0.01mol/L草酸溶液2ml，反應12小時，得到二氧化硅溶膠。將濃度為0.2mol/L九水合硝酸鐵乙醇溶液與上述硅溶膠體積比1：0.5混合，反應1小時后，加入濃度為0.3mol/L的均苯三甲酸乙醇溶液，均苯三甲酸乙醇溶液與九水合硝酸鐵乙醇溶液的體積比為1:2，快速攪拌10-20秒后取出轉子，轉速2000rpm，靜置1-2分鐘凝膠；依次經(jīng)過乙醇乙腈各三次溶劑交換(每次12小時)后，放入真空干燥箱內(nèi)干燥10小時后得到復合納米氣凝膠樣品。

圖1為本發(fā)明實施例1所制備樣品的傅立葉變換紅外光譜圖，在3300cm^-1處為O-H基團的伸縮振動，1630cm^-1處為C＝O的伸縮振動，1090cm^-1處為Si-O-Si的反對稱伸縮振動。

圖2為本發(fā)明實施例2所制備樣品的實物圖，宏觀為紅棕色固體。

圖3為本發(fā)明實施例4所制備樣品的掃描電鏡圖，其為不規(guī)則外形。

圖4為本發(fā)明實施例4所制備樣品的掃描能譜圖，可看到其含有鐵，硅，氧，碳等元素組成，沒有引入其他雜質(zhì)元素。

圖5為本發(fā)明實施例5所制備樣品的光催化去除率效果圖，常溫下進行光催化反應，采用鎢燈光源，3小時反應后測吸光度，對有機染料亞甲基藍(MB)的光催化效果可達96％，可以看到復合氣凝膠有較好的吸附和光催化效果。