一种以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料、制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种以琼脂为载体的金属有机骨架的球霰石碳酸钙复合材料，该复合材料包括核心、第一壳层、第二壳层，核心为球霰石碳酸钙；第一壳层为金属有机骨架；第二壳层为琼脂。先将球霰石碳酸钙包埋在金属有机骨架中，再通过将包裹着球霰石碳酸钙的金属有机框架包埋在琼脂溶液中，最后将所得产物经过冷凝、切割得到以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料；该以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料通过生物吸附作用和离子置换相结合应用于污水处理领域。附作用和离子置换相结合应用于污水处理领域。附作用和离子置换相结合应用于污水处理领域。

【技术实现步骤摘要】
一种以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料、制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及环境污染修复
，具体涉及一种以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料、制备方法和应用。

技术介绍

[0002]重金属具有稳定性和不易消除的特点，常通过食物链进入人体，对人的脑，肾，骨骼，肺，肝脏和生殖系统等造成损害。传统的镉污染治理方法主要有物理、化学和生物的方法。其中物理化学的治理方法具有处理效率高，工艺简单特点。但是往往设备费用、运行费用昂贵，且容易带来二次污染。因此，更加环保和廉价的生物治理方法受到越来越多人的关注。
[0003]生物吸附法具有许多优点，其原材料来源丰富、品种多、成本低；而且吸附速度快、吸附量大、选择性好，在处理低浓度废水时尤其有效。中国专利技术专利(CN109364887A)公开了一种多孔海藻酸钙吸附剂，其纤维分子链上含有大量羟基、羧基，对镉离子具有较好的吸附能力，可用于重金属污水的处理。
[0004]同时，自然界中最丰富的矿物质之一的碳酸钙，在生物医药、医疗保健和化妆品等各个行业都有众多的实际应用，因而使其成为广泛使用的无机材料。碳酸钙主要有三种无水晶型的碳酸钙：球霰石(vaterite)、文石(aragonite)和方解石(calcite)，他们通常分别具有球形、针状和立方体形态。通常，不同晶型的碳酸钙的产生，是取决于每种晶型的成核和生长过程，进而在它们的内在物理化学和生物学特性以及它们的大小和形态引起了改变。目前研究指出，在三种重要的无水晶型中，球霰石碳酸钙由于其高孔隙率、高比表面积、亚稳性、生物相容性和其他特性，是一种很有前途的材料，可作为重金属离子吸附剂、pH敏感药物递送载体和骨科应用的添加剂等。并且在之前的研究(CN202210504664.6)中，有一种球霰石碳酸钙可以通过离子之间的置换，达到修复环境污染的效果。
[0005]因此，如何将生物吸附作用和离子置换相结合，而达到去除效果好、便于回收、创新、环保和具有成本效益的目的，对于环境治理具有重要的指导意义。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的重金属去除效率低、重金属去除后难以回收、存在二次污染等问题。本专利技术的提供一种以琼脂为载体的金属有机骨架(MOF)包裹的球霰石碳酸钙复合材料、制备方法和应用，其原理是先将球霰石碳酸钙包埋在金属有机框架中，再通过将包裹着球霰石碳酸钙的金属有机框架包埋在琼脂溶液中，最后将所得产物经过冷凝、切割得到以琼脂为载体的金属有机框架包裹的球霰石碳酸钙复合材料；该以琼脂为载体的金属有机框架包裹的球霰石碳酸钙复合材料通过生物吸附作用和离子置换相结合应用于污水处理领域。
[0007]一种以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料，该复合材料包
括核心、第一壳层、第二壳层，核心为球霰石碳酸钙，球霰石碳酸钙尺寸大小为10
±
0.5μm；第一壳层为金属有机骨架，第一壳层厚度为1
‑
3mm；第二壳层为琼脂，第二壳层厚度为2
‑
4mm。
[0008]上述金属有机骨架为海藻酸钙，上述海藻酸钙通过海藻酸钠和氯化钙配位合成得到。
[0009]一种以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将球霰石碳酸钙和海藻酸钠溶液混合后，滴入到等体积的氯化钙溶液中，得到以金属有机骨架包覆球霰石碳酸钙的凝胶球；(2)将步骤(1)得到的凝胶球洗涤至中性、过滤后，加入到琼脂溶液中混合摇匀，并在1
‑
10℃条件下静置冷却至凝固后，分割成大小均匀琼脂块即为以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料。
[0010]上述海藻酸钠溶液浓度为5
‑
10g/L，氯化钙溶液浓度为0.1M，海藻酸钠溶液与氯化钙溶液体积用量比例为1:1。
[0011]上述步骤(1)中球霰石碳酸钙相对于海藻酸钠和氯化钙总量的添加量，即为0.25g/L。
[0012]上述步骤(2)中琼脂浓度为25
‑
35g/L，且琼脂溶液温度为40～50℃。
[0013]上述以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料的尺寸为6*6mm。
[0014]一种以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料的应用，该以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料通过生物吸附作用和离子置换相结合应用于污水处理中。
[0015]具体的应用方法为将以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料混匀填入柱状反应器(内径为2.5cm、长度为30cm)中，填充高度10cm。通过控制蠕动泵的流速(0.5mL/min)对含镉废水的去除试验，具体结构参考图3。该反应器主要有蠕动泵(A)、反应柱(D)和样品收集装置(G)组成；首先，将以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料放置在反应柱中，并在以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料顶部使用石英砂床(E)以将重金属污水(镉溶液)均匀分布在柱状反应器中，通过蠕动泵和软管(H)将重金属污水泵入反应器中，同时在反应柱顶板放置棉塞(C)以固定软管和保存反应柱内外空气压相同，污水经过以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料层(F)时被处理，被处理后的溶液流入样品收集装置(G)中。重金属污水在通过该反应器后，可以有效降低污水中的重金属离子浓度，同时可以待试验结束后，可以从反应柱中取出复合材料，将复合材料中重金属进行统一化处理，达到回收和避免二次污染的目的。
[0016]本专利技术相比现有技术具有以下优点：
[0017](1)本申请通过琼脂的吸附作用富集污染物，金属有机骨架为球霰石碳酸钙置换重金属离子提供反应场所和支撑作用，然后再通过球霰石碳酸钙的置换原理将污染物保留在材料内部，进而达到降低污染物迁移和回收污染物的目的。将生物吸附作用和离子置换相结合，而达到去除效果好、便于回收、创新、环保和具有成本效益的目的。
[0018](2)本申请相较于传统化学修复方法，操作简单、成本低廉，不仅原料不会产生明显的环境污染，同时还便于污染物的回收再利用，避免出现二次污染的现象，具有广阔的应
用前景。
附图说明
[0019]图1是本专利技术实施例1制备的以琼脂为载体的金属有机骨架(MOF)包裹的球霰石碳酸钙复合材料的扫描电镜图；
[0020]图2是本专利技术实施例1制备的球霰石碳酸钙的X衍射分析结果(XRD谱图)；
[0021]图3是本测试例2中污水处理反应器的结构示意图；
[0022]图4是测试例1中实施例和对比例对镉去除的效果图；
[0023]图5是测试例2中实施例和对比例对镉去除的效果图；
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料，其特征在于：该复合材料包括核心、第一壳层、第二壳层，核心为球霰石碳酸钙；第一壳层为金属有机骨架；第二壳层为琼脂。2.根据权利要求1所述的一种以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料，其特征在于：所述金属有机骨架为海藻酸钙，所述海藻酸钙通过海藻酸钠和氯化钙配位合成得到。3.权利要求2所述的一种以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将球霰石碳酸钙和海藻酸钠溶液混合后，滴入到等体积的氯化钙溶液中，得到以金属有机骨架包覆球霰石碳酸钙的凝胶球；(2)将步骤(1)得到的凝胶球洗涤至中性、过滤后，加入到琼脂溶液中混合摇匀，并在1
‑
10℃条件下静置冷却至凝固后，分割成大小均匀琼脂块即为以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料。4.根据权利要求3所述的一种以琼脂为载体的金属有机骨架包裹的球霰石碳酸钙复合材料的制备方法，其特征在于：所述海藻酸钠溶液浓度为5
...

【专利技术属性】
技术研发人员：成亮，庄琛，王胜，张超群，金冰冰，张尧睿，
申请(专利权)人：南通南京大学材料工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：