铜基单原子吸附剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种铜基单原子吸附剂及其制备方法与应用，涉及水相污染物吸附剂技术领域。本发明专利技术使用沸石咪唑基金属有机骨架结合二次浸渍金属方法合成的材料作为前驱体，合成了具有结构规则的金属有机骨架材料衍生的多级多孔碳吸附剂材料。该吸附剂具有大量的介孔，实现了大环内酯类、羧酸类以及磺胺类水相污染物的高效吸附，克服了传统的碳基材料活性位点有限和对于水相微量污染物去除速率慢饱和吸附量较低的缺陷。附量较低的缺陷。附量较低的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
铜基单原子吸附剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及水相污染物吸附剂
，尤其涉及一种铜基单原子吸附剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]水污染是世界范围内的严重问题，由于工业、农业和其他活动导致大量污染物排放到环境中。由于抗生素在治疗微生物感染中起着至关重要的作用，因而每年大约有 10,000 吨抗生素用于动物和人类健康、农业和水产养殖活动，这些抗生素被释放到水生环境中，导致细菌耐药性的增殖，对生态系统和人类健康产生有害影响。
[0003]现有技术中多采用吸附剂去除水中的有害物质，常见吸附材料有活性炭、石墨烯、金属有机骨架等，而这些吸附剂的吸附能力弱、选择性差，难以高效率地去除水相中的微量污染物。因而有必要开发一种新兴的具有高吸附能力的新型吸附剂。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种铜基单原子吸附剂及其制备方法与应用，克服了传统的碳基材料活性位点有限和对于水相微量污染物去除速率慢饱和吸附量较低的缺陷。
[0005]为实现此技术目的，本专利技术采用如下方案：铜基单原子吸附剂的制备方法，按如下步骤进行：S1、将二甲基咪唑分散溶解在甲醇中，超声混匀，作为第一溶液；将六水合硝酸锌和乙酰丙酮铜作为配体混合溶解于甲醇中，超声混匀，作为第二溶液；S2、将第一溶液和第二溶液混合均匀，放入恒温烘箱中反应24h，之后自然冷却到室温得到初步生长的ZIF
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8晶体，用甲醇清洗后烘干；S3、称取初步生长的ZIF
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8晶体和二甲基咪唑并混合溶解于甲醇中，之后在反应釜中反应，得到二次生长的ZIF
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8晶体，用甲醇清洗后烘干；S4、将S3得到的粉体在氩气氛围下煅烧，煅烧后产物用3M盐酸清洗，得到铜基单原子吸附剂。
[0006]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术使用沸石咪唑基金属有机骨架结合二次浸渍金属方法合成的材料为前驱体，合成了具有结构规则的金属有机骨架材料衍生的多级多孔碳材料——铜基单原子吸附剂。
[0007]进一步地，S1中二甲基咪唑和甲醇的用量比为3.94g：100ml，超声混合时间为5min。
[0008]进一步地，S1中六水合硝酸锌、乙酰丙酮铜、甲醇的用量比为3.594g：（2.5~5）g：100ml，超声混合时间为5min。
[0009]进一步地，S2中超声混合时间为10min，恒温烘箱温度为60℃。
[0010]进一步地，S3中初步生长的ZIF
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8晶体、二甲基咪唑、甲醇的用量比为1g：1g：50ml，反应釜内温度为140℃，反应时间为4h，烘干温度为60℃。
[0011]进一步地，S4中煅烧温度为500~100℃，保温时间1h，升温速度为5℃/min。
[0012]进一步地，S4清洗作业为常温条件下搅拌清洗8h。
[0013]上述方法得到的用于水相微量污染物吸附的铜基单原子吸附剂，该铜基单原子吸附剂具有大量的介孔，实现了大环内酯类、羧酸类以及磺胺类水相污染物的高效吸附，克服了传统的碳基材料活性位点有限和对于水相微量污染物去除速率慢饱和吸附量较低的缺陷。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例提供的不同煅烧温度下合成铜基单原子吸附剂的氮气吸附曲线图，为了清楚表示图中线条含义，在此处进行说明：X轴为0.2的垂线位置，线条由上至下依次代表实施例5、实施例1、实施例4、实施例3和实施例2的产品，P0为初始压力，P为实际压力；图2为本专利技术实施例提供的不同煅烧温度下合成铜基单原子吸附剂在DFT模拟条件下的孔径分布图，其中dV (r)表示dV/dr，即孔容分布或体积分布的含义；图3为本专利技术实施例4得到的铜基单原子吸附剂在球差校正透射电镜100nm分辨率下的形貌图；图4为本专利技术实施例4得到的铜基单原子吸附剂在球差校正透射电镜5nm分辨率下的形貌图；图5为本专利技术实施例4和对比例得到的铜基单原子吸附剂吸附磺胺类污染物的吸附动力学行为，图5中上三角形标记线代表Cu@ZIF
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1000carbon，正方形标记线代表0.75Cu@ZIF
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1000carbon
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acid，左三角形标记线代表0.75Cu@ZIF
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1000carbon，圆形标记线代表0.5Cu@ZIF
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1000carbon,Qt代表吸附容量；图6为本专利技术实施例4和对比例得到的铜基单原子吸附剂吸附羧酸类污染物的吸附动力学行为，图6中正方形标记线代表Cu@ZIF
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1000carbon，上三角形标记线代表0.75Cu@ZIF
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1000carbon
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acid，圆形标记线代表0.75Cu@ZIF
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1000carbon，右三角形标记线代表0.5Cu@ZIF
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1000carbon, Qt代表吸附容量；图7为本专利技术实施例4和对比例得到的铜基单原子吸附剂吸附大环内酯污染物的吸附动力学行为，图7中下三角形标记线代表Cu@ZIF
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1000carbon，正方形标记线代表0.75Cu@ZIF
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1000carbon
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acid，圆形标记线代表0.75Cu@ZIF
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1000carbon，左三角形标记线代表0.5Cu@ZIF
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1000carbon, Qt代表吸附容量。
具体实施方式
[0015]为充分了解本专利技术之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本专利技术做详细说明，但本专利技术并不仅仅限于此。
[0016]实施例1铜基单原子吸附剂的制备方法，包括如下步骤：S1、将3.94g二甲基咪唑分散溶解在100ml甲醇中，超声5min混匀，作为第一溶液；
将3.579六水合硝酸锌和3.75g乙酰丙酮铜作为配体混合溶解于100ml甲醇中，在敞口容器中超声5min使药剂充分混合溶解，作为第二溶液。
[0017]S2、将第一溶液和第二溶液混合均匀超声10min，放入60℃恒温烘箱中反应24h，之后自然冷却到室温得到初步生长的ZIF
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8晶体，得到的初步生长的ZIF
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8晶体粉末用甲醇清洗三次以上，烘干。
[0018]S3、称取1g初步生长的ZIF
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8晶体和1g二甲基咪唑并混合溶解于50ml甲醇中，之后在100ml的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中反应，设置反应温度为140℃，反应4h，得到二次生长的ZIF
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8晶体，将二次生长的ZIF
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8晶体粉末用甲醇清洗三次以上，最后在60℃烘箱中烘干待用。
[0019]S4、将S3得到的粉体在氩气氛围下煅烧，管式煅烧炉温度设置为500℃，保温时间1h，升温速度为5℃/min，煅烧后产物用3M盐酸20ml，常温搅拌条本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜基单原子吸附剂的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：S1、将二甲基咪唑分散溶解在甲醇中，超声混匀，作为第一溶液；将六水合硝酸锌和乙酰丙酮铜作为配体混合溶解于甲醇中，超声混匀，作为第二溶液；S2、将第一溶液和第二溶液混合均匀，放入恒温烘箱中反应24h，之后自然冷却到室温得到初步生长的ZIF
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8晶体，用甲醇清洗后烘干；S3、称取初步生长的ZIF
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8晶体和二甲基咪唑并混合溶解于甲醇中，之后在反应釜中反应，得到二次生长的ZIF
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8晶体，用甲醇清洗后烘干；S4、将S3得到的粉体在氩气氛围下煅烧，煅烧后产物酸洗，得到铜基单原子吸附剂。2.根据权利要求1所述的铜基单原子吸附剂的制备方法，其特征在于，S1中二甲基咪唑和甲醇的用量比为3.94g：100ml，超声混合时间为5min。3.根据权利要求1所述的铜基单原子吸附剂的制备方法，其特征在于，S1中六水合硝酸锌、乙酰丙酮铜、甲醇的用量比为3.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李响，王博，冯霄，周旭升，辛宝平，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：