一种MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料及其制备和应用方法技术

本发明专利技术公开了一种MIL‑53(Fe)/聚芳香胺复合材料及其制备和应用，属于金属有机骨架/聚芳香胺复合材料的合成及其水处理领域。合成方法的步骤为：首先将MIL‑53(Fe)分散于水溶液，之后加入芳香胺单体和表面活性剂，搅拌1‑20h，使其充分接触；然后滴加过硫酸盐水溶液，引发聚合反应，并持续搅拌3‑12h。离心分离、洗涤即可得MIL‑53(Fe)/聚芳香胺复合材料。该复合材料合成工艺简单，成本低，收率高，对水中Cr(VI)脱除效果好，无二次污染。常温下，该吸附剂实验测得的最大吸附量可达188.98mg/g，比未经复合的MIL‑53(Fe)提升了近7倍，且高于大多数报道的铬吸附材料。

A MIL-53(Fe)/polyaromatic amine composite and its preparation and Application

The invention discloses a MIL 53(Fe)/polyaromatic amine composite material and its preparation and application, belonging to the field of synthesis of metal organic framework/polyaromatic amine composite material and its water treatment. The steps of the synthesis method are as follows: first, MIL_ 53 (Fe) is dispersed in aqueous solution, then aromatic amine monomers and surfactants are added, stirring for 1 20 h to make it fully contacted, and then dripping persulfate solution to initiate the polymerization reaction, and stirring continuously for 3 12 h. MIL 53(Fe)/polyaromatic amine composites can be obtained by centrifugal separation and washing. The composite material has the advantages of simple synthesis process, low cost, high yield, good removal effect of Cr (VI) in water and no secondary pollution. At room temperature, the maximum adsorption capacity of the adsorbent can reach 188.98 mg/g, which is nearly 7 times higher than that of the uncompleted MIL_53 (Fe), and higher than that of most reported chromium adsorbents.

【技术实现步骤摘要】
一种MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料及其制备和应用方法
本专利技术属于金属有机骨架与聚芳香胺的复合材料的合成及其水处理领域。具体涉及一步合成的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料及其制备方法，和将其用于水体铬吸附的应用方法。
技术介绍
MIL-53(Fe)是一种铁基金属-有机骨架(MOFs)材料，具有高比表面积和高孔容，表面易修饰等特性，在吸附分离等领域展示出很好的应用前景。但是，MIL-53(Fe)的比表面积虽然大，但是其表面官能团较少。如果能克服此不足，必能更有效地提高其吸附性能。聚芳香胺是一类共轭聚合物，具有良好的环境稳定性及氧化还原特性，且表面含大量氨基，在水处理等领域的应用已得到广泛关注。但其比表面积很低，极大地限制了它的应用。因此，开发一种能综合MIL-53(Fe)和聚芳香胺优势的复合材料作为重金属吸附剂是非常有意义的。电镀、制革、冶金以及化工生产等行业每年均排放大量含铬废水至环境，铬(VI)的危害极大，致癌、致畸、致突变，严重危害人体健康、生态平衡以及经济社会的可持续发展，铬污染已引起了世界范围的广泛关注。传统处理含铬(VI)废水的方法有：化学沉淀法、电解法、生物法以及吸附法等。而吸附法由于其操作简便，经济高效而备受关注。目前国内外研究和使用的除铬吸附剂主要可分为无机吸附剂和有机吸附剂两类。铁、锰、镁、铝等化合物是最常见的无机吸附剂，而有机吸附剂包括天然及合成高分子聚合物，如壳聚糖、海藻酸、环糊精等。但这些吸附剂仍存在制备过程复杂，吸附性能欠佳等不足，如粉煤灰、活性炭等对Cr(VI)的吸附量不超过50mg/g等，极大地限制了处理含铬废水的吸附工艺应用。因此，研发出具有更高铬吸附容量的新型吸附材料是非常必要的。而本专利技术提出的这种通过原位氧化聚合的方法一步合成的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料展示出了很好的铬吸附性能。
技术实现思路
本专利技术的目在于提供一种MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料吸附剂及其制备和应用方法，该吸附剂制备过程简单，成本低，在酸性条件下对铬吸附容量高，物理化学性质稳定，应用方法操作简单，使用方便。本专利技术的目的是通过以下方式实现的。一种MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料，由MIL-53(Fe)和聚芳香胺复合而成。所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料，复合材料中MIL-53(Fe)和聚芳香胺的质量比例为1:5-1:0.25。芳香胺单体包括间苯二胺、苯胺、吡咯中的一种或几种，优选间苯二胺。所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：在溶液中加入MIL-53(Fe)和芳香胺单体，搅拌使其充分接触；然后滴加过硫酸盐水溶液，引发氧化聚合反应，并持续搅拌反应，固液分离、洗涤即得MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料。所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，所述的MIL-53(Fe)与芳香胺单体的质量比为1:5-1:0.25。优选1:1-1:0.25，进一步优选1:0.5。所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，MIL-53(Fe)的质量浓度为1-10g/L。优选4g/L。芳香胺单体的质量浓度为1-10g/L。优选2g/L。所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，在反应体系中加入表面活性剂，所述的表面活性剂包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠的一种或两种。优选十二烷基苯磺酸钠。所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，所述的MIL-53(Fe)和表面活性剂的质量比为1:2-1:0.3。优选1:0.5。所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，所述的过硫酸盐包括过硫酸钠、过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或几种。所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，所述的过硫酸盐与芳香胺单体的摩尔比为1:1-3:1。优选1:1。过硫酸盐溶液的浓度为0.01-0.5mol/L。优选0.025mol/L。所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，将MIL-53(Fe)分散于水溶液中，然后加入芳香胺单体和表面活性剂，搅拌至少1h使其充分接触；然后以0.5-10ml/min的速率滴加过硫酸盐水溶液，引发氧化聚合反应，并持续搅拌至少3h；固液分离、洗涤即得MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料。上述制备方法中将MIL-53(Fe)分散于含有表面活性剂的水溶液中，加入芳香胺单体后需要一个搅拌过程，使其充分接触。搅拌时间至少1h，优选1-20h。因为加入单体后，有一个自组装的过程，是通过表面活性剂的作用，使芳香胺单体自组装在MIL-53(Fe)的表面，这样在加入氧化剂后，芳香胺单体才能在MIL-53(Fe)表面氧化聚合，形成复合结构，因此它们需要一段时间使其充分接触，完成自组装。上述制备方法中不能快速加入过硫酸盐溶液，只能缓慢匀速加入，优选以2.5ml/min左右的速率加入过硫酸盐水溶液。上述方法中，氧化聚合反应温度控制在0-40℃之间。优选离心方式固液分离。所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的应用方法，用于脱除铬。尤其是水体中的铬。具体是取所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料加入含铬溶液中，浓度为0.1-0.5g/L，铬溶液的初始浓度为50-300mg/L，反应温度为15-45℃，振荡反应5-12h后，过滤。优选含铬溶液pH值为2。本专利技术的有益效果：1)由于MIL-53(Fe)是一种铁基金属-有机骨架(MOFs)材料，具有高比表面积和高孔容，表面易修饰等特性，在吸附分离等领域展示出很好的应用前景。但是，MIL-53(Fe)的比表面积虽然大，但是其表面官能团较少。聚芳香胺是一类共轭聚合物，具有良好的环境稳定性及氧化还原特性，且表面含大量氨基，在水处理等领域的应用已得到广泛关注。但其比表面积很低，极大地限制了它的应用。因此，本专利技术开发了一种能综合MIL-53(Fe)和聚芳香胺优势的复合材料。2)本专利技术提供了一种一步合成MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，制备过程简单高效。且提供了一种MIL-53(Fe)纳米结构表面氨基化修饰的方法，为MIL-53(Fe)类的MOFs结构材料的表面修饰提供了新思路。3)本专利技术在合成方法上，通过调控界面聚合，一步即可实现MIL-53(Fe)/聚芳香胺的合成，无需对MIL-53(Fe)粒子的表面进行预处理，且所得到的产物铬吸附性能优异。4)本专利技术首次提出MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料用于吸附水体铬，可高效吸附水体中的铬酸根，对铬的吸附容量达到188.98mg/g，高于现有的大部分吸附剂。附图说明图1为实施例1所得MIL-53(Fe)/PmPD及对比MIL-53(Fe)的SEM图；a，b为MIL-53(Fe)；c，d为MIL-53(Fe)/PmPD；由图a,b可知，未复合之前MIL-53(Fe)呈现近似八面体的规则形貌，均匀分散；而由图c,d可知，负载了PmPD之后复合物形貌发生了较大的变化，出现团聚，这可能是由于PmPD链之间相互连接导致的。图2为实施例1所得MIL-53(Fe)/PmPD及对比MIL-53(Fe)、PmPD的红外光谱图；由红外图可知，未与PmPD复合时，MIL-53(Fe)的红本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MIL‑53(Fe)/聚芳香胺复合材料，其特征在于，由MIL‑53(Fe)和聚芳香胺复合而成。

【技术特征摘要】
1.一种MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料，其特征在于，由MIL-53(Fe)和聚芳香胺复合而成。2.根据权利要求1所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料，其特征在于，复合材料中MIL-53(Fe)和聚芳香胺的质量比例为1:5-1:0.25；芳香胺单体包括间苯二胺、苯胺、吡咯中的一种或几种。3.权利要求1或2所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在溶液中加入MIL-53(Fe)和芳香胺单体，搅拌使其充分接触；然后滴加过硫酸盐水溶液，引发氧化聚合反应，并持续搅拌反应，固液分离、洗涤即得MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料。4.根据权利要求3所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述的MIL-53(Fe)与芳香胺单体的质量比为1:5-1:0.25。5.根据权利要求3所述的MIL-53(Fe)/聚芳香胺复合材料的制备方法，其特征在于，MIL-53(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海鹰，侯兰晶，柴立元，廖骐，杨卫春，颜旭，王升，唐崇俭，杨志辉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43