本发明专利技术提供了一种木质素掺杂金属有机骨架（MOF）衍生的碳铁复合材料的制备方法及其应用，该材料在广泛的pH条件下可以作为多种抗生素和重金属六价铬离子的吸附剂。该材料通过将MOF与木质素的混合物作为前体，采用一步热解法进行合成，得到的材料中铁纳米颗粒均匀负载在具有多孔结构的超薄碳纳米片表面。其中，木质素的掺杂提高了碳材料的比表面积和石墨化程度，能够有效增强物质的传输和捕获能力，同时有利于铁纳米颗粒的分散，使颗粒聚集最小化，为铁纳米颗粒提供额外的稳定性，并用作抗生素和重金属六价铬离子的次级吸附位点。同时材料具有磁性，可以快速方便地从水相中进行回收。通过将其应用于吸附抗生素和重金属六价铬离子，发现其表现出优异的吸附性能。发现其表现出优异的吸附性能。
【技术实现步骤摘要】
一种木质素掺杂金属有机骨架衍生的碳铁复合材料的制备及其应用
[0001]本专利技术涉及一种可用于广泛的pH条件下的抗生素和六价铬离子废水的非均相吸附剂，属于吸附
技术介绍
[0002]抗生素因为其杀菌抑菌的作用广泛应用于医学、农业、畜牧业以及养殖业，但由于人们对其盲目滥用，导致抗生素在动物体内累积，最终排放进环境中。同样，因为广泛用于各个工业领域，痕量的六价铬能够在人类和动物中引起致癌和突变，对环境和人类健康造成威胁。
[0003]迄今为止，有效去除抗生素和六价铬的方法主要包括吸附、光催化、类芬顿、膜法过滤、生物降解和电化学降解等。在这些方法中，吸附由于其成本低、去除效果较好、环境友好和操作简单等优点，已被认为是从水中去除抗生素和六价铬的最实用技术之一。但是由于吸附速率、容量和再循环性不足，现有的吸附剂还存在缺陷，因此迫切需要更合适的吸附剂。
[0004]在热解条件下制备的MOF衍生的碳铁复合材料具有一些特殊的性质，例如磁性，大的比表面积和孔体积，在水相吸附领域具有显著的优势。同样，木质素作为自然界中广泛存在的生物炭，因为自身表面的多种活性基团，也有作为吸附剂去除污染物的研究。将木质素掺杂进MOF中，可以显著提高MOF衍生的碳铁复合材料的吸附性能，对四环素类抗生素和六价铬具有极大的吸附容量。此外，可以通过磁分离回收吸附剂，再通过添加乙醇使吸附剂方便地得到再生。这种材料具有方便、高效，无二次污染的特点，属于绿色环保吸附剂，有望成为去除抗生素和六价铬的理想材料。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供了一种木质素掺杂金属有机骨架衍生的碳铁复合材料的制备方法及其应用，该材料在广泛的pH条件下可以作为多种抗生素和重金属六价铬离子的吸附剂。该材料通过将MOF与木质素机械混合作为前体，采用一步热解法进行合成，得到的材料中铁纳米颗粒均匀负载在具有多孔结构的超薄碳纳米片表面。其中，木质素的掺杂提高了碳材料的比表面积和石墨化程度，能够有效增强物质的传输和捕获能力，同时有利于铁纳米颗粒的分散，使颗粒聚集最小化，为铁纳米颗粒提供额外的稳定性，并用作抗生素和重金属六价铬离子的次级吸附位点。同时材料具有磁性，可以快速方便地从水相中进行回收。通过将其应用于吸附抗生素和重金属六价铬离子，发现其表现出优异的吸附性能。
[0006]具体的，本专利技术提供一种木质素掺杂MOF衍生的碳铁复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：1)将一定量的FeCl3溶解在N,N
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二甲基甲酰胺(N,N
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dimethyl formamide，DMF)中得到溶液A；再将2
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氨基对苯二甲酸溶解在N,N
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二甲基甲酰胺中得到溶液B；将溶液A倒入溶
液B中；两者均匀混合后倒入水热釜中水热反应，将反应液离心，将得到的沉淀依次用N,N
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二甲基甲酰胺、水、乙醇各洗涤若干次，干燥，得到棕色粉末；2)将一定量的所述棕色粉末置于研钵中，加入一定量的木质素粉末与其混合，并研磨均匀。
[0007]3)将所述混合粉末在惰性气氛下管式炉中煅烧，惰性气氛下冷却至室温，用水清洗，然后磁分离，干燥，得到所述木质素掺杂MOF衍生的碳铁复合材料。
[0008]进一步的，所述FeCl3选自FeCl3·
6H2O，将1.35 g FeCl3·
6H2O溶解在15 mL DMF中得到溶液A；再将0.45 g 2
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氨基对苯二甲酸溶解在15 mL DMF中得到溶液B；将溶液A倒入溶液B中；两者均匀混合后倒入50 ml水热釜中，在110 ℃水热反应24 h；将反应液离心，将得到的沉淀依次用DMF、水、乙醇各洗涤2次，在70 ℃烘箱中干燥，得到棕色粉末；进一步的，棕色粉末的质量为300
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500 mg，加入的木质素与棕色粉末的质量比为1:2，研磨时间为10 min。
[0009]进一步的，惰性气氛为氮气。
[0010]进一步的，升温速率为3 ℃/min，煅烧温度为700 ℃，保温时间为1 h。
[0011]一种木质素掺杂MOF衍生的碳铁复合材料，所述材料为具有多孔结构的碳纳米片，铁以碳化铁的形式均匀分散在碳纳米片上，所述材料根据所述的制备方法制备得到。
[0012]进一步的，所述的木质素掺杂MOF衍生的碳铁复合材料对四环素等抗生素和六价铬离子的吸附性能显著优于不掺杂木质素的MOF衍生的碳铁复合材料。
[0013]本专利技术具有如下有益效果：1)相对于MOF衍生的碳铁复合材料，掺杂木质素提高了碳材料的比表面积和石墨化程度，能够有效增强物质的传输和捕获能力。
[0014]2)木质素掺杂后，有利于MOF的分散，使铁纳米颗粒聚集最小化，并为MOF框架提供额] 外的稳定性。
[0015]3)木质素本身具有大量的活性基团，可以作为抗生素和六价铬的次级吸附位点。
[0016]4)由Fe基MOF(MIL
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2 Fe)衍生的多孔结构的碳铁复合材料能通过过渡金属表面的位点与抗生素分子络合，进一步提升吸附效率。
[0017]5)负载磁性金属纳米粒子的碳材料由于其磁性而具有巨大的潜力，这有助于材料和液体的快速分离；6)此专利技术中所涉及到的原料经济易得，所进行的实验步骤简单方便。
附图说明
[0018]图1为实施例1，实施例2，实施例3所制备样品的XRD图谱。
[0019]图2为实施例1，实施例2，实施例3所制备样品以及吸附TC后的实施例3的FT
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TR图谱。
[0020]图3为实施例1，实施例2，实施例3的SEM、TEM图和实施例3的EDS映射图。
[0021]图4为实施例1，实施例2，实施例3的氮气吸附和脱附等温线。
[0022]图5为实施例2，实施例3对四环素的吸附动力学图。
[0023]图6为实施例3在不同pH条件下对四环素的吸附效果图(吸附剂剂量＝0.05 g/L；初始四环素浓度＝40 mg/L；初始四环素的pH不同)。
[0024]图7为实施例3对不同的抗生素(四环素、土霉素、盐酸金霉素、盐酸四环素、诺氟沙星、左氧氟沙星、培氟沙星、磺胺嘧啶)的吸附效果图。
[0025]图8为实施例2和实施例3在不同pH条件下对六价铬离子的吸附效果图。
具体实施方式
[0026]本专利技术下面将通过具体的实施例进行更详细的描述，但本专利技术的保护范围并不受限于这些实施例。
[0027]实施例1制备MIL
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2 (Fe)：将1.35 g FeCl3·
6H2O溶解在15 mL DMF中得到溶液A；再将0.45 g 2
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氨基对苯二甲酸溶解在15 mL DMF中得到溶液B；将溶液A倒入溶液B中；两者均匀混合后倒入50 ml水热釜中，在110 ℃水热反应24 h本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种木质素掺杂MOF衍生的碳铁复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：(1)将一定量的FeCl3溶解在N,N
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二甲基甲酰胺(N,N
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dimethyl formamide，DMF)中得到溶液A；再将2
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氨基对苯二甲酸溶解在N,N
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二甲基甲酰胺中得到溶液B；将溶液A倒入溶液B中；两者均匀混合后倒入水热釜中水热反应，将反应液离心，将得到的沉淀依次用N,N
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二甲基甲酰胺、水、乙醇各洗涤若干次，干燥，得到棕色粉末；(2)将一定量的所述棕色粉末置于研钵中，加入一定量的木质素粉末与其混合，并研磨均匀。2.(3)将所述混合粉末在惰性气氛下管式炉中煅烧，惰性气氛下冷却至室温，用水清洗，然后磁分离，干燥，得到所述木质素掺杂MOF衍生的碳铁复合材料。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述FeCl3选自FeCl3·
6H2O，将1.35 g FeCl3·
6H2O溶解在15 mL DMF中得到溶液A；再将0.45 g 2
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘达，顾文怡，刘勇弟，雷菊英，张金龙，周亮，周雯奇，贺文佳，刘礼政，徐颖，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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