一种钴(II)配合物单晶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于配位化学和吸附去除水中污染物领域，公开了一种钴配合物单晶及其制备方法和应用。其化学式为：{[Co3L(μ2‑

【技术实现步骤摘要】
一种钴(II)配合物单晶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及配位化学和吸附去除水中污染物领域，具体涉及一种钴配合物单晶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铅(Pb
2+
)是分布最广、毒性最大的工业污染物之一，可在人体内长期蓄积，对脑、肝、肾、生殖系统和免疫系统造成严重损害。在工业和经济快速增长的背景下，Pb
2+
污染已成为一个重要的环境问题，几乎所有国家都在集中精力寻找从水溶液中去除Pb
2+
的有效策略。目前，重金属离子的捕集方法有化学沉淀法、氧化还原法、电解法、膜渗透法、离子交换法和吸附法等，其中吸附法效率高，操作简单，成本低。
[0003]微量镉(Cd
2+
)在水生介质中也具有高毒性，会对呼吸道产生刺激，长期暴露会造成嗅觉丧失症、牙龈黄斑或渐成黄圈。虽然镉化合物不易被肠道吸收，但可经呼吸被体内吸收，积存于肝或肾脏造成危害，尤以对肾脏损害最为明显。到目前为止，人们已经合成了大量的吸附剂，如氧化铝、沸石分子筛、活性炭材料、纳米材料和螯合聚合物。大多数吸附剂由于缺乏结构和功能的可调性，面临着选择性适中和吸收能力低的挑战。因此，为了实现对水溶液中Pb
2+
和Cd
2+
的高效去除，开发一种结构和功能可调的新型吸附剂受到了人们的广泛关注。
[0004]金属有机骨架(Metal
‑
organic frameworks,MOFs)是一种由有机配体与金属离子或金属簇节点组成的骨架结构，因其具有高比表面积、化学成分可调、孔结构可调等特点，在吸附领域得到了广泛应用(Inorganic Chemistry,2022,61,4，2017
‑
2030)。可以通过选择具有特定官能团的配体或合成修饰具有特定结构和性能的多孔金属有机框架，使其具有去除重金属离子的特殊化学和物理性质。
[0005]因此，通过有目的的将不同官能团(羧酸基、偶氮基等)载入到MOFs的孔道中，从而获得更多的活性吸附位点用于吸附去除Pb
2+
是本专利技术人目前的研究方向。专利技术人前期授权的专利技术专利2022104393339“一种铜(II)配合物单晶及其合成方法和应用”，将其作为吸附剂应用于吸附去除水中铅离子和碘。但其存在如下不足：1、铜(II)配合物单晶对Pb
2+
吸附动力学缓慢，在200分钟左右才达到吸附平衡；2、铜(II)配合物单晶容易受干扰离子的影响。为此，本专利技术人后期又进一步进行了此类化合物的研究开发，实现多种金属离子的选择性吸附。

技术实现思路

[0006]针对目前技术现状，本专利技术目的在于针对Pb
2+
和Cd
2+
，提供一种具有更多活性吸附位点的钴配合物单晶；另一目的在于提供其制备方法和应用。
[0007]为实现上述专利技术目的，所述技术方案如下：
[0008]所述钴配合物单晶，其化学式为：{[Co3L(μ2‑
O)(DMF)2(H2O)4]·
(DMF)3}
n
，n为正整数，属于单斜晶系，空间群为C2/c,数，属于单斜晶系，空间群为C2/c,α＝
90
°
,β＝96.99(3)
°
,γ＝90
°
,其中，L代表5,11,17,23
‑
四[(间羧基苯基)偶氮]‑
25,26,27,28
‑
四羟基杯[4]芳烃失去四个H原子；DMF代表N,N'
‑
二甲基甲酰胺。
[0009]本专利技术所述钴配合物单晶的制备方法：
[0010]将六水合氯化钴(0.05mmol)与H4L(0.01mmol)溶于N,N'
‑
二甲基甲酰胺和蒸馏水中，封入反应瓶中，室温下超声，在恒温的烘箱中放置，然后降至室温，得到红色块状晶体，即为Co(II)配合物单晶。
[0011]该配合物可以作为吸附剂应用于吸附去除水中Pb
2+
和Cd
2+
。
[0012]本专利技术优点在于：该Co(II)配合物单晶的三维框架结构的孔道内修饰有羧酸基和偶氮基等官能团，有利于与Pb
2+
作用，进而快速吸附去除水中Pb
2+
，实现较高的吸附容量，吸附容量可达到493.89mg/g。另外，该化合物在常温下能够较快地吸附去除铅离子，比如铅离子起始浓度为10ppm，Co(II)配合物单晶能够在8分钟以内，吸附去除99.44％的Pb
2+
，达到吸附平衡。且对Cd
2+
也具有较好的吸附去除效果：吸附容量达到215.78mg/g；Cd
2+
起始浓度为10ppm的水溶液中，在180分钟内吸附去除83.15％的Cd
2+
，达到吸附平衡。此外，在添加水体中常见的一些共存离子(K
+
、Na
+
、Ca
2+
、Mg
2+
和Sr
2+
)情况下，此Co(II)配合物单晶对Pb
2+
和Cd
2+
表现出高的选择性。
[0013]本专利技术合成工艺简单，收率较高。本专利技术制备的钴配合物单晶能够在水中稳定存在，具有很好的应用前景。
附图说明
[0014]图1为本专利技术钴配合物晶体中钴的配位环境图。
[0015]图2为本专利技术钴配合物的单晶结构图。
[0016]图3为本专利技术钴配合物衍射图谱，其中1为单晶模拟粉末衍射图谱，2为本专利技术钴配合物的粉末衍射图谱。
[0017]图4为本专利技术钴配合物在pH不同的水中对Pb
2+
的吸附等温线图。
[0018]图5为本专利技术钴配合物吸附水中Pb
2+
(10ppm)的动力学图。
[0019]图6为本专利技术钴配合物在10ppmPb
2+
添加不同干扰离子动力学曲线图。
[0020]图7为本专利技术钴配合物对Cd
2+
的吸附等温线图。
[0021]图8为本专利技术钴配合物吸附水中Cd
+
(10ppm)的动力学图。
[0022]图9为本专利技术钴配合物选择性吸附图。
具体实施方式
[0023]下面通过实例对本专利技术做进一步的说明：
[0024]实施例1：合成Co(II)单晶吸附剂
[0025]将CoCl2·
6H2O(0.05mmol,11.89mg)、H4L(0.01mmol,10.44mg)和混合溶剂(DMF:水＝4.5mL:4.5mL)加入10mL玻璃瓶中。超声处理10分钟后，将瓶子密封，在100℃的烘箱中保存24小时。然后，冷却到室温，得到了红色的块状Co
‑
MOF晶体。所得产物用DMF/水溶液(1:1,V/V)洗涤，室温干燥。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴配合物单晶，其特征在于，其化学式为：{[Co3L(μ2‑
O)(DMF)2(H2O)4]
·
(DMF)3}
n
，n为正整数，属于单斜晶系，空间群为C2/c,β＝96.99(3)
°
,γ＝90
°
,其中，L代表5,11,17,23
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雷雷，姜文，余彩霞，赵玉佳，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：