一种锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料的制备方法和应用技术

技术编号:20141672 阅读:21 留言:0更新日期:2019-01-18 23:59
本发明专利技术公开一种锆基金属有机配合物UiO‑66/泡沫炭复合材料的制备方法,以ZrCl4为金属源,对苯二甲酸为配体,并加入泡沫炭,采用一步水热合成,具体包括以下操作步骤:(1)将三聚氰胺海绵切割成块状,置于N2氛围的管式炉中煅烧,并用硝酸进行酸化,得到泡沫炭;(2)将ZrCl4和对苯二甲酸加入到N,N‑二甲基甲酰胺中,紧接着加入冰醋酸搅拌,再向其中加入ZrCl4质量10%的泡沫炭,超声混合处理;再将混合液放入反应釜中反应,冷却至室温,清洗反应产物,真空干燥,得到锆基金属有机配合物UiO‑66/泡沫炭复合材料。本发明专利技术制得的复合材料,能够对水体中的氟离子进行快速、高效和选择性去除,而且分离回收方便。

【技术实现步骤摘要】
一种锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料的制备方法和应用
本专利技术属于水体污染物去除
,具体涉及一种锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料的制备方法和应用。
技术介绍
含氟地下水被认为是世界范围内一系列严重问题之一,世界卫生组织认为除了砷和硝酸盐,氟化物是人类饮用水污染物之一,且目前很多地域的地下水氟浓度逐渐升高。氟污染主要来源于自然地质活动和人为活动,自然地质活动包括含氟矿物岩石的溶解、海洋物质以及火山喷发,而人类活动包括电镀、燃煤发电站、萃取植物、砖厂、铁厂、铝厂、半导体制造以及玻璃陶瓷生产,其中人类活动排出的污水中的氟浓度比自然地质作用浓度高,危害大,范围从十到几千毫克每升。人类长时间的摄入高浓度含氟饮用水会导致氟骨证,神经损害、甲状腺疾病以及干扰DNA的合成等,氟对人类健康产生深远的危害,因此寻找有效的、可持续的处理技术势在必行。常用的氟污染处理技术有膜技术和吸附技术,其中膜技术包括逆向渗透、纳米过滤、透析、电解法等。但是这些技术存在难操作、成本高和产生二次污染等缺点,从而限制了其应用。吸附技术由于其高效、易操作、环境友好和成本较低,从而被认为最可行的去除氟离子方法。锆基金属有机配合物材料(MOFs)展现较好的化学稳定行、较规整的多孔性、大的比表面以及可调节的孔径尺寸等特点,在气体储存、催化、分离和吸附去除等领域得到较好的应用。其中UiO-66配合物具有低毒性、化学稳定性、环境友好性和水体稳定性等特点,可以被用来应用于不同的污水中去除氟离子。但是吸附技术存在着以下的技术缺陷:长时间反应而发生吸附剂团聚引起的吸附剂的比表面积降低、使用的耐久性降低,从而影响吸附性能;吸附剂分散于处理的水体中难于回收。因此急需对现有的吸附技术提出改进,以解决上述技术缺陷。
技术实现思路
为了解决上述技术问题,本专利技术以ZrCl4为金属源,对苯二甲酸为配体,并加入泡沫炭,采用一步水热合成锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料,制得的锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料可以有效的解决上述技术问题。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料的制备方法,以ZrCl4为金属源,对苯二甲酸为配体,并加入泡沫炭,采用一步水热合成,具体包括以下操作步骤:(1)将三聚氰胺海绵切割成块状,置于N2氛围的管式炉中750-850℃煅烧1.5-2.5h,并用2.5-3.5mol/L硝酸115-125℃进行酸化1.5-2.5h,得到泡沫炭;(2)将等摩尔量的ZrCl4和对苯二甲酸加入到N,N-二甲基甲酰胺中,紧接着加入冰醋酸搅拌25-35min,再向其中加入ZrCl4质量10%的泡沫炭,超声混合处理25-35min;再将混合液放入反应釜115-125℃中反应22-26h,冷却至室温,清洗反应产物,并在55-65℃真空干燥10-14h,得到锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料。具体地,上述步骤(1)中,三聚氰胺海绵切割成块状的大小为1.5cm×3cm×5cm。具体地,对苯二甲酸与冰醋酸的摩尔比为1:8-12。具体地,每1mmol的对苯二甲酸使用60-70ml的N,N-二甲基甲酰胺。具体地,清洗反应产物的操作为:采用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液清洗三次。本专利技术还提供了锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料在吸附水体中氟离子上的应用,其中锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料在水体中的用量为0.2g/L,吸附处理时间为24h,吸附时水体的pH值调节为7。由以上的技术方案可知,本专利技术的有益效果是:(1)本专利技术提供的锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料,可以作为氟离子的吸附剂,达到对水体中的氟离子快速高效去除目的,并且避免了因长时间反应而聚集,易于分离回收,传质速率快优点,可以用于水体中氟离子的快速高效和选择性去除。(2)本专利技术所制备的锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料饱和吸附量可达297.45mg/g;0.2g/L吸附剂能够在20min内对5ppm的氟离子进行很快的去除,随后缓慢的达到平衡,实现对氟离子的选择性去除。附图说明为了更清楚地说明本实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要地介绍,可以看出,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本实施例2中所制备的锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料的扫描电镜照片。图2为本实施例2中所制备的锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料的X射线衍射图谱。图3为本实施例2中所制备的锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料在不同时间点对水体中氟离子的吸附动力学性能示意图及拟合结果。图4为本实施例2中所制备的锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料对氟离子的吸附效果示意图。图5为本实施例2中所制备的锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料在不同阴离子共存情况下对水体中氟离子的吸附效果示意图。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术,但不能用来限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据厂家的条件作进一步调整,未说明的实施条件通常为常规实验条件。实施例1一种锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料的制备方法,以ZrCl4为金属源,对苯二甲酸为配体,并加入泡沫炭,采用一步水热合成,具体包括以下操作步骤:(1)将三聚氰胺海绵切割成块状,块状的大小为1.5cm×3cm×5cm,置于N2氛围的管式炉中750℃煅烧1.5h,并用2.5mol/L硝酸115℃进行酸化1.5h,得到泡沫炭;(2)将0.45mmolZrCl4和0.45mmol对苯二甲酸加入到N,N-二甲基甲酰胺中,其中每1mmol的对苯二甲酸使用60ml的N,N-二甲基甲酰胺,紧接着加入冰醋酸搅拌25min,其中对苯二甲酸与冰醋酸的摩尔比为1:8,再向其中加入ZrCl4质量10%的泡沫炭,超声混合处理25min;再将混合液放入反应釜115℃中反应22h,冷却至室温,采用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液清洗三次,并在55℃真空干燥10h,得到锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料。实施例2一种锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料的制备方法,以ZrCl4为金属源,对苯二甲酸为配体,并加入泡沫炭,采用一步水热合成,具体包括以下操作步骤:(1)将三聚氰胺海绵切割成块状,块状的大小为1.5cm×3cm×5cm,置于N2氛围的管式炉中800℃煅烧2h,并用3.0mol/L硝酸120℃进行酸化2h,得到泡沫炭;(2)将0.45mmolZrCl4和0.45mmol对苯二甲酸加入到N,N-二甲基甲酰胺中,其中每1mmol的对苯二甲酸使用65ml的N,N-二甲基甲酰胺,紧接着加入冰醋酸搅拌30min,其中对苯二甲酸与冰醋酸的摩尔比为1:10,再向其中加入ZrCl4质量10%的泡沫炭,超声混合处理30min;再将混合液放入反应釜120℃中反应24h,冷却至室温,采用N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液清洗三次,并在60℃真空干燥12h,得到锆基金属有机配合物UiO-66/泡本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种锆基金属有机配合物UiO‑66/泡沫炭复合材料的制备方法,其特征在于,以ZrCl4为金属源,对苯二甲酸为配体,并加入泡沫炭,采用一步水热合成,具体包括以下操作步骤:(1)将三聚氰胺海绵切割成块状,置于N2氛围的管式炉中750‑850℃煅烧1.5‑2.5h,并用2.5‑3.5mol/L硝酸115‑125℃进行酸化1.5‑2.5h,得到泡沫炭;(2)将等摩尔量的ZrCl4和对苯二甲酸加入到N,N‑二甲基甲酰胺中,紧接着加入冰醋酸搅拌25‑35min,再向其中加入ZrCl4质量10%的泡沫炭,超声混合处理25‑35min;再将混合液放入反应釜115‑125℃中反应22‑26h,冷却至室温,清洗反应产物,并在55‑65℃真空干燥10‑14h,得到锆基金属有机配合物UiO‑66/泡沫炭复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料的制备方法,其特征在于,以ZrCl4为金属源,对苯二甲酸为配体,并加入泡沫炭,采用一步水热合成,具体包括以下操作步骤:(1)将三聚氰胺海绵切割成块状,置于N2氛围的管式炉中750-850℃煅烧1.5-2.5h,并用2.5-3.5mol/L硝酸115-125℃进行酸化1.5-2.5h,得到泡沫炭;(2)将等摩尔量的ZrCl4和对苯二甲酸加入到N,N-二甲基甲酰胺中,紧接着加入冰醋酸搅拌25-35min,再向其中加入ZrCl4质量10%的泡沫炭,超声混合处理25-35min;再将混合液放入反应釜115-125℃中反应22-26h,冷却至室温,清洗反应产物,并在55-65℃真空干燥10-14h,得到锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料。2.根据权利要求1所述的锆基金属有机配合物UiO-66/泡沫炭复合材料的制备方法,其特征在于,上述步骤(1)中,三聚氰胺海绵切割成块状的大小为1.5cm×3cm×5cm。3.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员:张云霞谢东华秦文秀张海民汪国忠赵惠军
申请(专利权)人:中国科学院合肥物质科学研究院
类型:发明
国别省市:安徽,34

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