一种碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂、其制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：(1)通过高温碳化方式将咖啡渣制备为碳化咖啡渣，研磨过筛至指定尺寸，得到碳化咖啡渣微粒，活化，备用；(2)向金属盐有机溶液中依次加入有机配体溶液和碳化咖啡渣微粒的混合液，室温下搅拌30min，将固体颗粒用有机溶剂洗涤、干燥，即得。本发明专利技术通过高温灼烧废弃咖啡渣形成生物质活性炭的方式，实现对咖啡渣的废物利用，并通过将碳化咖啡渣与MOFs材料复合形成一种以碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂，将其应用于污水处理，尤其是染料刚果红的污水处理中，用于吸附污水中的染料。该材料不仅对水体中的染料有良好的吸附性能，更实现了废弃咖啡渣的回收再利用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂、其制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于金属有机骨架材料
，具体涉及碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂，并进一步公开其制备方法，以及其在污水治理领域中的应用。

技术介绍

[0002]金属
‑
有机骨架化合物(Metal
‑
Organic Frameworks，MOFs)是一类由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键自组装形成的具有周期性无限网络结构的新型晶态多孔材料，是一类特殊的配位聚合物(Coordination Polymers，CPs)。MOFs具有孔隙率高、比表面积大、结构多样、表面易于修饰、化学和热稳定性较好等优点，并可以通过选择不同的金属离子和有机配体，调控MOFs的网络拓扑结构、孔洞的大小和形状，以实现大孔径、大比表面积的多功能多孔材料的构筑，并以此来实现特定的应用。正是由于MOFs材料具有的多功能性、可调控性，可修饰性和多孔性，使其在异相催化、手性拆分、气体存储与分离、分子识别、主客体分子(离子)交换、光电材料、磁性材料等方面具有广阔的应用前景，已成为人们关注研究的热点。
[0003]咖啡是世界三大饮料之一，在咖啡的生产过程中，会伴随大量的咖啡渣产生。目前，全世界每年咖啡渣产量约为600万吨，其主要的处理方式是填埋和焚烧，资源利用率低，且造成了一定的环境污染。若能将MOFs与以废弃咖啡渣为原料制备的生物质活性炭进行复合，不仅能防止MOFs粉末发生团聚，提高材料的吸附性能，还可以实现废弃咖啡渣的回收再利用，对于高效处理环境中的污染问题具有积极的意义。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的在于提供碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂，其通过高温灼烧废弃咖啡渣形成生物质活性炭的方式，实现对咖啡渣的废物利用，并通过将碳化咖啡渣与MOFs材料复合形成一种以碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂，将其应用于污水处理，尤其是染料刚果红的污水处理中，用于吸附污水中的染料。该材料不仅对水体中的染料有良好的吸附性能，更实现了废弃咖啡渣的回收再利用；
[0005]本专利技术解决的第二个技术问题在于提供碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂的制备方法及其在污水处理中的应用。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]一种碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂的制备方法，包括下述步骤：
[0008](1)通过高温碳化方式将咖啡渣制备为碳化咖啡渣，将所述碳化咖啡渣颗粒研磨过筛至指定尺寸，得到碳化咖啡渣微粒，活化，备用；
[0009](2)向金属盐有机溶液中依次加入有机配体溶液和活化的碳化咖啡渣微粒的混合液，室温下搅拌30min，将固体颗粒用有机溶剂洗涤、干燥，即得碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂。
[0010]所述步骤(1)中碳化咖啡渣的方法为：
[0011]将咖啡渣在蒸馏水中浸泡20
‑
28h后，离心干燥后研磨为咖啡渣微粒，咖啡渣微粒和强碱固体于反应器进行高温炭化，所述咖啡渣微粒和强碱的固料比为(1.5
‑
2.5)∶1。
[0012]所述的高温炭化是在惰性气氛条件下、升温至700
‑
900℃下炭化1.5
‑
2.5h，得到碳化咖啡渣微粒。
[0013]所述步骤(1)的活化包括下述步骤：
[0014]所述的碳化咖啡渣微粒放入去离子水中，加入20ml 3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷APTES偶联剂搅拌20
‑
28h，用去离子水和有机溶剂依次洗涤后，干燥，得到活化碳化咖啡渣微粒。
[0015]所述的有机溶剂为甲醇(CH3OH)；所述有机配体溶液和碳化咖啡渣微粒的混合液的配制方法如下：
[0016]取硝酸锌晶体Zn(NO3)2·
6H2O和有机配体2
‑
甲基咪唑(C4H6N2)分别溶于甲醇中，再加入所述活化后的碳化咖啡渣微粒，超声5min，得到有机配体溶液和碳化咖啡渣微粒的混合液。
[0017]所述硝酸锌晶体与所述有机配体的质量比为1∶(2
‑
2.5)。
[0018]所述步骤(2)中用有机溶剂洗涤是将所述MOFs/碳化咖啡渣复合材料以甲醇溶剂反复洗涤3次。
[0019]由所述的方法制备得到的碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂。
[0020]所述的多孔吸附剂在污水治理领域中的应用，优选地，所述多孔吸附剂用于吸附水体中刚果红颜料。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果。
[0022]本专利技术所述碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂，是以碳化咖啡渣为载体进行负载MOFs材料ZIF
‑
8制得MOFs/海绵复合材料，所述MOFs/海绵复合材料在保留了MOFs材料自身多孔性能的同时，通过高温灼烧咖啡渣形成生物质活性炭的方式实现了对咖啡渣的资源化利用，可有效降低应用成本。
[0023]本专利技术所述碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂，过将ZIF
‑
8与生物质活性炭的复合实现了对其吸附性能的提高。与生物质活性炭及ZIF
‑
8相比，吸附能力均进一步增加，吸附原理为生物质活性炭表面的ZIF
‑
8与刚果红之间的静电作用、氢键及π
‑
π作用，而将ZIF
‑
8负载到活性炭上可有效地抑制ZIF
‑
8的团聚，提高其吸附性能。，作为吸附剂时可实现对水中刚果红的高效吸附，这是由于ZIF
‑
8与刚果红之间的静电作用、氢键及π
‑
π作用，而将ZIF
‑
8负载到活性炭上可有效地抑制ZIF
‑
8的团聚，提高其吸附性能。图4表明，本专利技术的吸附材料对刚果红的吸附量约为普通商用活性炭的26倍，约为生物质活性炭的7.5倍，约为ZIF
‑
8的1.7倍。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
[0025]图1是实施例1中生物质活性炭对刚果红的吸附性能；
[0026]图2是实施例1制得的多孔吸附剂的扫描电子显微镜图(SEM)；
[0027]图3是本专利技术实施例1水体中刚果红的吸附结果示意图；
[0028]图4是实施例1中各材料对水体中刚果红的吸附结果示意图。
具体实施方式
[0029]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]实施例1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)通过高温碳化方式将咖啡渣制备为碳化咖啡渣，将所述碳化咖啡渣颗粒研磨过筛至指定尺寸，得到碳化咖啡渣微粒，活化，备用；(2)向金属盐有机溶液中依次加入有机配体溶液和活化的碳化咖啡渣微粒的混合液，室温下搅拌30min，将固体颗粒用有机溶剂洗涤、干燥，即得碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂。2.根据权利要求1所述的碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中碳化咖啡渣的方法为：将咖啡渣在蒸馏水中浸泡20
‑
28h后，离心干燥后研磨为咖啡渣微粒，咖啡渣微粒和强碱固体于反应器进行高温炭化，所述咖啡渣微粒和强碱的固料比为(1.5
‑‑
2.5):1。3.根据权利要求2所述的碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂的制备方法，其特征在于，所述的高温炭化是在惰性气氛条件下、升温至700
‑
900℃下炭化1.5
‑
2.5h，得到碳化咖啡渣微粒。4.根据权利要求3所述的碳化咖啡渣为基底的多孔吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的活化包括下述步骤：所述的碳化咖啡渣微粒放入去离子水中，加入20ml 3
‑
氨丙基三乙氧基硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莎，张启玉，梁艺萱，周健，费佳颖，李素梅，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：