“钴”胆英雄,根除“镍”障——钴基咪唑酯骨架材料用于去除镍离子的综合化学实验

镍在新能源汽车电池领域、电镀等行业有广泛的应用,随着国家双碳战略的进一步推进,这些行业产生的含镍(Ni^(2+))废水的处理对于环境保护而言越来越重要。传统的Ni^(2+)废水主要通过离子交换树脂、化学沉淀法、流化床结晶造粒等技术脱除其中的Ni^(2+),但这些处理过程存在选择性差以及产生二次污染等问题。本实验利用钴基咪唑酯骨架材料(Zeolite Imidazolate Framework,ZIF-67)可与Ni^(2+)反应形成镍钴水滑石的特点,设计了ZIF-67应用于Ni^(2+)去除研究的综合化学实验。在本实验中,ZIF-67与Ni^(2+)通过化学反应结合在一起,能有效提高对Ni^(2+)的选择性。本实验不仅包含材料制备、表征、吸附性能等实验内容,还包含模型分析和机理研究,通过对吸附机理进行深入研究,有利于培养学生的科研兴趣、创新思维和实践能力。本实验课堂时间约为8 h,时长适用于本科生综合化学实验教学。通过本实验,学生既能熟悉吸附法去除废水中Ni^(2+)的基本原理和分析过程,又能夯实专业基础知识,明确理论可以指导工业应用,从而培养学生综合能力,提升学生的科学素养和创新精神。

沸石咪唑酯骨架材料/石墨相氮化碳量子点/乙酰胆碱酯酶复合物定量检测小鼠脑组织中的乙酰胆碱

以二水合乙酸锌、2-甲基咪唑、石墨相氮化碳量子点(g-CNQDs,7mg)和乙酰胆碱酯酶(AchE)为起始原料,采用一锅法制备了沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)包载g-CNQDs和AchE的酸度敏感型复合物ZIFs@g-CNQDs@AchE,并和患阿尔茨海默病(AD)小鼠的脑组织样品在pH 7.4磷酸盐缓冲溶液中室温反应2.5h,在380nm激发波长下测量体系在475nm处的荧光强度,用于测定乙酰胆碱(Ach)的含量。结果显示,合成的复合物呈十二面体结构,平均粒径约300nm,加入Ach后,Ach渗透进入复合物,被AchE催化生成乙酸,体系酸度增加,复合物结构瓦解,g-CNQDs释放,475nm处出现明显的荧光发射峰。Ach的浓度在5.5~82.5mmol·L^(-1)内和对应的体系荧光强度呈线性关系,检出限(3S/N)为1.83mmol·L^(-1);常见的干扰物质(葡萄糖、多巴胺)以及干扰离子(Fe^(2+)、Fe3+、Cu^(2+)、Mg^(2+)、Zn^(2+))对Ach的检测无干扰,复合物的特异性较高;按照标准加入法对阳性实际样品进行回收试验,成功检出了Ach,回收率为93.2%~112%,测定值的相对标准偏差(n=5)为0.82%~3.4%。构建的酸度敏感型复合物可作为一种潜在的载体,用于AD诊疗。

沸石咪唑酯骨架材料阻燃聚合物研究进展

沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)作为金属有机框架材料(MOFs)的分支,不仅具有较大的比表面积,而且可包覆、吸附粒子。因而成为催化、分离等领域的研究热点,但在阻燃聚合物应用中研究较少。基于此,论述了ZIFs的基本结构,重点综述了近年来国内外ZIFs作为各种聚合物复合材料的高效阻燃添加剂及其对阻燃性能的影响。最后,对ZIFs阻燃剂未来发展的机遇和挑战进行展望。

类沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)的研究进展

类沸石咪唑酯骨架化合物(zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)是一种新型的MOFs材料,ZIFs是将咪唑环上的N原子络合到二价过渡金属离子上而形成的一种具有沸石拓扑结构的多孔晶体材料,通过调变配体或配体间的相互作用就可以形成不同结构的ZIFs。ZIFs的合成方法包括溶剂热法、水热法、液相扩散法、胶体化学法、微波合成法和超声法等,本文综述了ZIFs材料的多种优异性能,介绍了近些年来ZIFs材料在选择性气体吸附/分离、催化反应、光学、磁性材料及其他方面的应用。最后对合成新型的ZIFs材料,并将该ZIFs材料应用在电子设备、能源利用以及环境保护等方面进行了展望。

pH响应性吡唑醚菌酯/沸石咪唑酯骨架材料纳米颗粒的制备及抑菌活性

沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)稳定性好,比表面积大,纳米粒径可调,具有酸敏感性。为研究其在农药递送中作为缓控释载体的性能和应用,以吡唑醚菌酯(pyraclostrobin,以下简称Pyr)为模式农药,以二价锌为配位中心,二甲基咪唑为有机配体,采用“一锅法”制备了pH响应性吡唑醚菌酯控释剂Pyr@ZIF-8;通过扫描电子显微镜(SEM)、动态光散射激光粒度仪(DLS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TGA)等物理手段对Pyr@ZIF-8的形貌、粒径和Zeta电位等进行了表征;采用高效液相色谱(HPLC)考察了其在紫外光源下的光解稳定性和不同pH值下的酸控释放性能;最后分别采用菌丝生长速率法和盆栽试验研究了其对油菜菌核病菌的抑制效果。结果表明:所制备的Pyr@ZIF-8的平均粒径为143.1 nm,载体ZIF-8对Pyr的负载率为10.8%;与Pyr原药相比,紫外光照下Pyr@ZIF-8中Pyr的降解率降低了6.2%;在pH值分别为4.0、6.0、8.0的环境下静置24 h,Pyr@ZIF-8中Pyr的释放率分别为88.1%±2.5%、67.3%±3.1%和25.6%±2.9%,表现出pH响应性释放性能;在0.1μg/mL质量浓度下,Pyr@ZIF-8对油菜菌核病菌的抑制效果比其乳油高16.4%(生长速率法)和9.4%(盆栽试验)。上述结果表明,所制备的纳米递送体系Pyr@ZIF-8不仅具有减缓吡唑醚菌酯光降解的作用,还有良好的酸控缓释和更高的抑菌效果。

沸石咪唑酯骨架材料Co(C_7H_5N_2)_2·1.5H_2O的合成与晶体结构

以2-羧基苯并咪唑配体与过渡金属离子Co2+为前驱体,通过溶剂热反应得到一个新的沸石咪唑酯骨架材料Co(C7H5N2)2.1.5H2O(1),采用单晶X射线衍射、红外光谱、热重分析、粉末X射线衍射等对产物进行了系统表征.配合物1属三斜晶系,空间群R-3,Co2+离子通过有机配体相连构成沸石结构,骨架中存在笼状结构和一维隧道孔.

沸石咪唑酯骨架材料ZIF-90的合成及应用研究进展

ZIF-90是一种沸石咪唑酯骨架材料,具有比表面积大、孔道结构均一、水热稳定性和化学稳定性高、易于修饰和合成简单等优点,可以广泛地应用于分离、吸附、催化、药物载药等领域。简单介绍了其合成方法和发展现状,结合不同应用领域的特殊要求,提出了目前应用领域存在的问题,并针对行业的发展进行了展望。

己烷在沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8、ZIF-67上的吸附性能研究

常温法合成了沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8和ZIF-67,用XRD、SEM和BET测试手段对所合成的样品进行了表征。测定了正己烷、2-甲基戊烷单组份分别在ZIF-8和ZIF-67吸附材料上的吸附等温线,结果发现各组份在ZIF-8上的静态饱和吸附量均高于ZIF-67;通过固定床动态吸附穿透实验测定了正己烷/二甲基戊烷混合液在ZIF-8上的连续流出穿透曲线,结果表明,ZIF-8对正己烷具有明显的吸附选择性,总压1.0 MPa、进料浓度比1∶1时ZIF-8对正己烷的动态吸附量为0.40 g·g^(-1)、正己烷/二甲基戊烷分离系数为5.71。

沸石咪唑酯骨架材料合成及应用研究进展

沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)作为金属有机骨架材料(MOFs)重要类别,是利用二价过渡金属离子与咪唑类配体之间的配位作用形成的一种具有分子筛拓扑结构、多孔性和高对称性的多孔材料。由于沸石咪唑酯骨架材料的结构和功能多样化,使其在很多领域有着广泛的应用,尤其是在气体分离、催化和吸附等领域。本文概述了沸石咪唑酯骨架材料的结构特点,论述了其合成方法,整理分析了近几年沸石咪唑酯骨架材料的应用研究,为今后的相关研究提供参考。

离子液体修饰的磁性类沸石咪唑酯骨架材料在藻毒素分析中的应用

采用基于离子液体修饰的类沸石咪唑酯磁性复合纳米材料(IL@M/ZIF-8)的磁性固相萃取(MSPE)前处理技术,结合超高效液相色谱-三重四极杆串联质谱法(UPLC-MS/MS)测定环境水体中痕量微囊藻毒素MC-RR和MC-LR的浓度水平。以扫描电镜和透射电镜对合成材料进行表征,并对UPLC-MS/MS条件和MSPE技术中吸附剂用量、水样pH值、洗脱溶剂的种类、振荡时间等参数进行优化。在最佳条件下,MC-RR和MC-LR分别在0.01~5μg/L和0.05~5μg/L浓度范围内呈良好线性,线性系数(r)分别为0.9995、0.9993,检出限分别为1.98、3.94ng/L,定量下限分别为6.52、12.98ng/L。将该方法应用于实际水样的测定,加标回收率为88.5%~108%,相对标准偏差为1.5%~7.2%。该方法操作简单,灵敏度高,可用于水样中痕量微囊藻毒素的检测。

沸石咪唑酯骨架材料包覆类黑素环保色料的制备

为解决类黑素在着色过程中不稳定、易水解、染色效率低等问题,利用物理包覆法,将沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)作为载体包覆类黑素,制备类黑素环保色料。其工艺参数为:ZIF-8粉末用量100 mg、类黑素溶液质量浓度12 g/L、包覆时间3 h、吸附温度30℃、磁力搅拌器转速2000 r/min。对包覆后的类黑素色料定量和定性分析后可知,该试验得到了包覆率大于50%的类黑素环保色料。

聚磷腈改性沸石咪唑酯骨架材料的制备及其在聚酯阻燃中的应用

为提高聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的阻燃性能,以六水合硝酸锌和2-甲基咪唑制备沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8),之后用六氯环三磷腈和4,4-二羟基二苯砜对ZIF-8进行表面修饰合成一种ZIF-8聚环三磷睛-共磺酰基双酰/(PZS)亚微米颗粒,并与PET通过熔融共混制备PET阻燃复合材料。借助热重分析仪、极限氧指数仪、垂直燃烧仪、万能材料试验机以及扫描电镜等对复合材料的热稳定性、阻燃抗熔滴性、力学性能以及阻燃机制进行分析。结果表明:添加6%的ZIF-8/PZS亚微米颗粒使PET的极限氧指数(LOI值)提高到29.2%,并通过UL-94 V-0等级,而复合材料的力学性能没有受到严重影响;ZIF-8/PZS可以在气相和凝聚相中同时发挥效用,从而赋予PET复合材料优异的阻燃性能。

无溶剂热处理固相转化法简易制备沸石咪唑酯骨架材料

设计开发了一种无需溶剂,通过热处理固相转化制备沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)的简易方法.该方法无需溶剂及其它预处理,只需将金属源与有机配体固相混合后于低温(200℃)热处理即可实现多孔晶体材料的制备.所合成材料H-ZIF-67为具有方纳石拓扑结构的纳米晶体,与传统方式合成的ZIFs材料一致.粉末X射线衍射(PXRD)分析结果表明产物的晶体结构与标准ZIFs谱图一致.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N2吸附-脱附分析、热重分析(TGA)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对合成的材料进行了表征,发现H-ZIF-67材料具有与ZIFs材料类似的特性.该方法经济、高效,摒弃了传统方法合成ZIFs材料周期长、处理过程复杂的弊端,为ZIFs材料的量产提供了新思路.

沸石咪唑酯骨架材料载药策略的研究及药物递送应用

沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)由于其良好的热稳定性、高比表面积、丰富的孔道结构以及pH响应等特性,是药物递送的理想载体之一。目前,多种ZIF-8载药的策略相继被报道,包括一步合成法、后处理负载法以及相转化法等,所得到的ZIF-8载药的复合物在抗肿瘤治疗、生物成像等领域表现出优异的性能。该综述首先讨论ZIF-8作为药物载体的优势,然后以ZIF-8载药的合成策略为核心,讨论各种方法的合成过程、影响因素等,并对比各种合成策略的优缺点以及在药物递送中的应用。最后,对ZIF-8作为载体载药的合成策略和在医药领域中的应用所存在的问题和未来发展方向进行探讨,以促进ZIF-8在医药领域的广泛应用。

类沸石咪唑酯骨架材料-8的形貌调控及其催化制氢性能

类沸石咪唑酯骨架材料-8(ZIF-8)是一种具有较大比表面积和较强稳定性的多孔材料,被广泛应用在气体存储分离、催化等领域。该工作报道了不同实验条件如Zn^(2+)/2-甲基咪唑的物质的量比、表面活性剂用量和不同的反应溶剂对ZIF-8形貌和尺寸的影响,其中Zn^(2+)/2-甲基咪唑配比是影响形貌及尺寸的关键因素。通过扫描电子显微镜(SEM)、BET、和X射线衍射(XRD)对合成制备的ZIF-8纳米粒子进行表征,发现调变投料比可将样品粒径从1500 nm逐渐减小至850~250 nm,形貌由截角立方体转变为截角十二面体,最终变为十二面体。其中粒径为250 nm的ZIF-8纳米粒子比表面积为1730 m^(2)/g,孔径和孔容分别为1.5 nm和0.6 cm^(3)/g,由此可知该粒径ZIF-8具备非常优异的载体特性,故进一步采用浸渍法,以硼氨为还原剂,在该尺寸ZIF-8纳米粒子上原位负载贵金属/金属纳米粒子,并对其进行组分优化。所设计合成的催化剂ZIF-8/Pt_(0.002)@Ni_(0.2)在催化氨硼烷制氢实验中表现出卓越的性能,60 s即可催化氨硼烷完全放氢。

钴掺杂叶片状沸石咪唑酯骨架结构材料实现磷酸盐快速去除

为了减小水体富营养化的危害,提高吸附法除磷的效率,本文研究钴掺杂对于锌基叶片状沸石咪唑盐(Zn-ZIF-L)磷酸盐吸附能力的提升.本文采用间歇式吸附试验研究各个影响因素对于吸附的影响,采用XRD、XPS、FT-IR等研究材料的表面微观结构以推测可能的吸附机理.发现当Zn和Co的初始摩尔比为9.5:0.5时,其吸附性能最好.掺杂后,在10min内吸附量增加55%,最大吸附量达到85.68mg/g,在不同温度、浓度、当pH值为4~8时、在不同阴离子以及腐殖酸环境下保持着较好的吸附性能.当初始浓度为10mg/L时,可吸附去除97%以上的磷,吸附剂在0.1mol/L的Cl^(-)或NO_(3)^(-)中仍能保持93%以上的吸附量.其中,P-OH与Zn-OH/Co-OH之间的化学键、静电相互作用和氢键相互作用在磷酸盐吸附中起主导作用.Co(0.5)-Zn-ZIF-L经过4次循环后仍能保持较高的吸附量.结果表明,Co(0.5)-Zn-ZIF-L能作为一种有效的吸附剂去除水体中的磷酸盐.

H_2O对沸石咪唑酯骨架材料CO_2捕获性能的影响研究

沸石咪唑酯骨架(ZIFs)材料是一种新型的温室气体CO_2吸附材料。本文采用巨正则蒙特卡洛(GCMC)模拟的方法研究了H_2O对ZIF-8及ZIF-90的CO_2吸附性能和CO_2/N_2分离性能的影响。研究结果表明,ZIF-90的CO_2吸附及CO_2/N_2分离性能要强于ZIF-8。在ZIF-8中,H_2O的存在对该材料的CO_2吸附性能和CO_2/N_2选择性分离性能几乎没有影响。H_2O对CO_2在ZIF-90中的吸附具有协同吸附作用,H_2O的存在对材料吸附CO_2及分离CO_2/N_2具有明显的促进作用。

N、S、P共掺杂沸石咪唑酯骨架(ZIF)多孔碳材料制备和电化学性能

采用高温热解的方法制备了N、P、S共掺杂沸石咪唑酯骨架(ZIF)衍生多孔碳材料催化剂,利用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜和电化学工作站等对材料的结构和性能进行表征,探究了掺杂元素对电化学性能的影响。结果表明:相比于单掺杂、双掺杂,N、P、S三元掺杂协同作用促进了产生新的活性位点,表现出优异的电催化活性和稳定性,其ORR(oxygen reduction reaction)半波电位(0.813 V),电流保持效率保持在94.87%,是一种可替代贵金属催化剂的优异的无金属ORR电催化剂。

沸石咪唑酯骨架结构材料合成及性能研究进展

沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIFs)是一类以咪唑或其衍生物为配体的特殊金属有机骨架结构材料(MOFs),因其结构多样性、高度的热学和化学稳定性及高效捕获和存储CO2等性能,近几年受到国内外研究者的广泛关注。本文对含咪唑基配体材料的合成和发展现状进行了综述;总结了这种材料在气体的存储和分离、磁性、催化等方面的性能,并对这种新型材料在设计、合成与应用中的广阔前景作了展望。

沸石咪唑酯骨架材料用于水中污染物的去除

当前水污染问题严重制约了国民经济和社会的发展,对水污染的控制与治理具有重大研究意义且刻不容缓。沸石咪唑酯骨架结构材料(zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)作为新兴化学与材料科学相结合产物,凭借其结构稳定、比表面积大和性能优良等特点在全球范围内受到广泛关注,并逐步应用于去除水中的污染物。本文以ZIF-8为代表,综述沸石咪唑酯骨架材料去除水中污染物的研究与进展,系统介绍了其作为吸附剂及光催化剂对水中污染物的去除效果,总结了ZIFs制备条件和环境因素对其去除水中污染物的影响,并对今后的研究进行了展望,以期为ZIFs材料应用于实际污染水体的处理提供理论支撑。