一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料，金属有机骨架材料的化学式为[Ni(pyz‑SH)

【技术实现步骤摘要】
一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料及其制备方法
本专利技术属于金属有机骨架材料领域，具体涉及一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料及其制备方法。
技术介绍
水体中重金属污染问题正日益成为当前世界范围内最严重的环境问题之一。随着工业、农业的快速发展和城市化进程的不断推进，大量的有毒重金属污染物通过多种渠道进入水体中，由于重金属污染物性质十分稳定，在水体中难以降解，会在生物体内积蓄，并最终通过多重食物链的富集对人类及其他生物体健康构成重大威胁。因此，有毒金属必须从废水中去除，以保护环境和生物。目前，正在使用各种方法去除水中的重金属，其中包括化学沉淀、离子交换、电化学、膜分离、氧化还原、吸附和生物化学法等。在众多的去除手段中吸附法以其易操作、能高效去除痕量重金属、经济性、选择性好以及对环境无二次污染等优点而被广泛应用与研究。目前已有许多不同的类型的吸附剂，包括碳材料、天然矿物材料和生物质材料等。然而大部分吸附材料在使用传统的离心、沉淀、过滤与固定床等方式进行分离和再生时都会由于吸附材料本身在溶液中的高稳定性而存在分离困难、耗费较高、花费时间长等缺点，因此，很有必要开发出一种新的高吸附容量、高选择性、高稳定性而又便于分离和再生的吸附剂材料，以提高其去除工业污水中重金属的能力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，而提供能通过较强的螯合作用和较弱的静电吸引作用的协同合作，对水中的重金属离子的选择性吸附和吸附容量等吸附性能强，并具有较好的稳定性的一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料，金属有机骨架材料的化学式为[Ni(pyz-SH)2(ZrF6)]n。一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料的制备方法，步骤(1)称取N份4.2g氢氧化镍于第一容器中，接着加入N份10mL45%六氟锆酸的水溶液，1＜N≤10000，在室温下搅拌反应4h，然后过滤出去多余的氢氧化镍固体，得到滤液经浓缩、干燥结晶得到NiZrF6·xH2O备用。步骤(2)将NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪分别溶解在甲醇中，其混合均匀后放入反应釜中，在加热条件下进行反应，待冷却到室温后，将反应后产物通过抽滤和甲醇洗涤后得到黄色粉末即为新型金属有机骨架材料[Ni(pyz-SH)2(ZrF6)]n。为优化上述技术方案，采取的措施还包括：在步骤(1)中，氢氧化镍与六氟锆酸的摩尔比为1.5:1，氢氧化镍粉末过量，使后续析出的NiZrF6·xH2O中残留的六氟锆酸含量小于3%。在步骤(1)中，NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪的摩尔比为1：0.5-2。在步骤(1)和步骤(2)中，NiZrF6·xH2O纯度大于97%。在步骤(2)中，NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪的摩尔比为1:2。在步骤中(2)中，NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪的反应温度范围为25℃到90℃。在步骤中(2)中，NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪在加热条件下进行反应的温度为85℃。在步骤中(2)中，NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪在加热条件下进行反应的反应时间为24h-72h。在步骤中(2)中，用于洗涤NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪反应后的产物的甲醇为高效液相色谱级甲醇。与现有技术相比，本专利技术的一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料，金属有机骨架材料的化学式为[Ni(pyz-SH)2(ZrF6)]n。本材料能通过较强的螯合作用和较弱的静电吸引作用的协同合作，对水中的重金属离子的选择性吸附和吸附容量等吸附性能强，并具有较好的稳定性。同时还公开了本金属有机骨架材料的制备方法，步骤(1)称取N份4.2g氢氧化镍于第一容器中，接着加入N份10mL45%六氟锆酸的水溶液，1＜N≤10000，在室温下搅拌反应4h，然后过滤出去多余的氢氧化镍固体，得到滤液经浓缩、干燥结晶得到NiZrF6·xH2O备用。步骤(2)将NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪分别溶解在甲醇中，其混合均匀后放入反应釜中，在加热条件下进行反应，待冷却到室温后，将反应后产物通过抽滤和甲醇洗涤后得到黄色粉末即为新型金属有机骨架材料[Ni(pyz-SH)2(ZrF6)]n。本专利技术有益效果还包括如下三点：（1）本专利技术新型金属有机骨架材料制备过程简单，对设备要求低，且能大量合成，并经过简单的脱附处理后能循环使用。（2）本专利技术新型金属有机骨架材料是无机盐六氟锆酸镍和有机配体2-巯基吡嗪通过配位键形成的三维的pcu网络结构，提高了金属有机骨架材料的稳定性。同时，选用Ni2+作为金属离子，有利于金属离子与配体（Ni-N）之间配位键的相互作用，进一步提高了水稳定性和热稳定性，且选用了ZrF62-作为柱撑的无机阴离子进一步缩小了Ni-F配位键的距离，从而增强了其相互作用，进一步的也提高了材料的稳定性，更加适合用于在水污染的处理领域。（3）本专利技术的金属有机骨架材料中具有高孔隙率以及大的比表面积，同时修饰的巯基(—SH)对重金属离子有着极强的亲合力，根据软硬酸碱(HSAB)理论，作为软碱的巯基(Lewis碱)能与属于软酸的各种金属离子形成稳定的螯合物，尤其是对Hg(Ⅱ)、Ag(Ⅰ)等高极性离子(Lewis酸)有特殊的络合能力，能形成稳定的络合结构，因此本专利技术的新型金属有机骨架材料综合了巯基（-SH）螯合重金属离子的能力和多孔材料对重金属离子的吸附作用，因而具有快速高效、高吸附容量以及选择性强等特点。附图说明图1是本专利技术金属有机骨架材料的粉末X射线图谱;图2是2-巯基吡嗪的结构式。具体实施方式实施例一，一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料，金属有机骨架材料的化学式为[Ni(pyz-SH)2(ZrF6)]n，本专利技术金属有机骨架材料的粉末X射线图谱如附图1所示，其制备方法包括：步骤(1)称取N份4.2g氢氧化镍于第一容器中，接着加入N份10mL45%六氟锆酸的水溶液，1＜N≤10000，在室温下搅拌反应4h，然后过滤出去多余的氢氧化镍固体，得到滤液经浓缩、干燥结晶得到NiZrF6·xH2O备用。步骤(2)将NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪分别溶解在甲醇中，其混合均匀后放入反应釜中，在加热条件下进行反应，待冷却到室温后，将反应后产物通过抽滤和甲醇洗涤后得到黄色粉末即为新型金属有机骨架材料[Ni(pyz-SH)2(ZrF6)]n。在步骤(1)中，氢氧化镍与六氟锆酸的摩尔比为1.5:1，氢氧化镍粉末过量，使后续析出的NiZrF6·xH2O中残留的六氟锆酸含量小于3%。在步骤(1)中，NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪的摩尔比为1：0.5-2。在步骤(1)和步骤(2)中，NiZrF6·xH2O纯度大于97%。在步骤（1）中，所选用的配体为2-巯基吡嗪，结构式如图2所示。在步骤(2)中，NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪的摩尔比为1:本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料，其特征是：所述的金属有机骨架材料的化学式为[Ni(pyz-SH)

【技术特征摘要】
1.一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料，其特征是：所述的金属有机骨架材料的化学式为[Ni(pyz-SH)2(ZrF6)]n。


2.根据权利要求1所述的一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料的制备方法，其特征是：
步骤(1)称取N份4.2g氢氧化镍于第一容器中，接着加入N份10mL45%六氟锆酸的水溶液，1＜N≤10000，在室温下搅拌反应4h，然后过滤出去多余的氢氧化镍固体，得到滤液经浓缩、干燥结晶得到NiZrF6·xH2O备用；
步骤(2)将NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪分别溶解在甲醇中，其混合均匀后放入反应釜中，在加热条件下进行反应，待冷却到室温后，将反应后产物通过抽滤和甲醇洗涤后得到黄色粉末即为新型金属有机骨架材料[Ni(pyz-SH)2(ZrF6)]n。


3.根据权利要求2所述的一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料的制备方法，其特征是：在步骤(1)中，所述的氢氧化镍与六氟锆酸的摩尔比为1.5:1，氢氧化镍粉末过量，使后续析出的NiZrF6·xH2O中残留的六氟锆酸含量小于3%。


4.根据权利要求3所述的一种吸附水中重金属的金属有机骨架材料的制备方法，其特征是：在步骤(1)中，NiZrF6·xH2O和2-巯基吡嗪的摩尔比为1：0.5-2。

【专利技术属性】
技术研发人员：陈焕新，胡军，温慧敏，廖才俊，戴广林，
申请(专利权)人：宁波浙铁江宁化工有限公司，浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33