一种多尺寸八面体MIL-88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多尺寸八面体MIL

【技术实现步骤摘要】
一种多尺寸八面体MIL
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88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于金属有机骨架化合物MOF材料领域，尤其是一种多尺寸八面体MIL
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88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着我国工业快速发展，因矿冶、机械制造、化工等工业生产过程中产生的重金属废水已成为水体污染最严重和对生态危害最大的工业废水之一。废水中的重金属离子不能通过常用水处理方法分解破坏，其进入环境后亦不能被生物降解，只能通过改变它们的物理化学状态或被转移、稀释，参与食物链循环并在生物体内富集，最终破坏生物体正常生理代谢活动和危害人体健康。
[0003]常用于重金属废水处理的方法主要有化学法、离子交换法、电解法、吸附法等。其中，吸附法具有易操作、高效等优点，但同时又存在着处理成本高、吸附材料难分离等瓶颈问题。因此，亟待寻找一种合成简单、绿色、高效且易分离的新型吸附材料，用于吸附废水中Pb
2+
等重金属离子。
[0004]目前报道的MIL
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88B(Fe)合成方法有水热、溶剂热、油浴等，所得形貌大多呈规则八面体或纺锤体状，存在尺寸单一，不能同时具备多尺度的颗粒，且缺乏100nm左右的纳米级尺寸，比表面积小，制备流程复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种多尺寸八面体MIL
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88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料的制备方法。该材料保留了原有MIL
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88B(Fe)材料的基本形貌，具有良好的稳定性，具有介孔结构，比表面大，有顺磁性，可作为吸附材料用于重金属离子去除领域。
[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术的第一方面是提供了一种多尺寸八面体MIL
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88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料的制备方法，所述制备方法步骤如下：
[0008](1)将六水合三氯化铁溶解到N,N
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二甲基甲酰胺溶剂中，磁力搅拌至溶液均匀透明，制得溶液A，溶液A中六水合三氯化铁的浓度为0.092～0.138mol/L；将对苯二甲酸溶解到N,N
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二甲基甲酰胺溶剂中，磁力搅拌至溶液均匀透明，制得溶液B；
[0009](2)在不断磁力搅拌的过程中将溶液A逐滴加入到溶液B中，六水合三氯化铁与对苯二甲酸的摩尔比为1～2：1～2，完全加入后继续磁力搅拌至均匀，制得溶液C；
[0010](3)溶液C溶剂热反应，反应结束后离心分离出固体，洗涤、干燥后得到粉色粉末，即MIL
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88B(Fe)；
[0011](4)以步骤(3)制得的MIL
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88B(Fe)为前驱体，在N2下煅烧发生碳化和石墨化过程，最终可得到多尺寸八面体MIL
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88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料。
[0012]有机配体对苯二甲酸作为碳源发生碳化形成无定型碳，Fe
3+
被还原并与有机配体中O元素结合生成Fe3O4，接着在Fe3O4的催化作用下部分无定形碳发生石墨化转变。
[0013]进一步地，步骤(1)所述六水合三氯化铁的浓度为0.092～0.11mol/L
[0014]进一步地，步骤(2)六水合三氯化铁与对苯二甲酸的摩尔比为1～1.5：1～1.5。
[0015]进一步地，步骤(2)所述溶液A逐滴加入到溶液B后，继续磁力搅拌30～40分钟。
[0016]进一步地，步骤(3)所述溶剂热反应温度为100～120℃，反应时间为20～30h。进一步优选地反应温度为105～115℃，反应时间为23～25h。
[0017]进一步地，步骤(3)所述溶剂热反应后离心转数为2000～5000r/min，用DMF和无水乙醇分别洗2～3次。
[0018]进一步地，步骤(3)干燥为真空干燥，干燥温度50～70℃，干燥时间12～24h。进一步优选地干燥温度为55～65℃，干燥时间为16～20h。
[0019]进一步地，步骤(4)所述煅烧是在石英管式炉中进行，煅烧时的升温速率为2～10℃/min，煅烧温度为700～900℃，时间为0.5～2h。进一步优选地，升温速率为4～8℃/min，煅烧温度为700～800℃，煅烧时间为0.5～1h。
[0020]本专利技术的第二方面是提供了上述方法制备得到的多尺寸八面体MIL
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88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料，其尺寸相较于前驱体MIL
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88B(Fe)有所收缩，整体依旧呈八面体状，边长处于40～900nm范围内，其中主要尺寸集中于400～700nm。
[0021]本专利技术的第三方面是提供了上述复合材料在吸附垃圾电厂综合废水中的重金属离子Pb
2+
上作为吸附剂的应用。
[0022]本专利技术通过溶剂热法制备的多尺寸八面体MIL
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88B(Fe)，在N2下一步煅烧(碳化、石墨化)制备的MIL
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88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料。其主要为Fe3O4，表面包覆了一层无定型碳和石墨碳混合的多孔碳。这种包覆结构保留了原有MIL
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88B(Fe)材料的基本形貌，具有介孔结构，比表面积大的特点；具有超顺磁性，在外加磁场的作用下可实现吸附材料的高效分离，极大地降低了分离能耗，可作为吸附材料能够实现垃圾电厂综合废水中的重金属离子Pb
2+
的快速去除，具有极大的应用潜力。
[0023]本专利技术的优点和积极效果是：
[0024]本专利技术通过设定金属盐和有机配体的浓度以及溶液填充度来获得多尺寸八面体MIL
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88B(Fe)；然后以其作为前驱体，在N2下一步煅烧，得到介孔碳包裹的磁性Fe3O4复合材料。纳米级材料的小尺寸效应有利于增大材料的比表面积，促进材料与垃圾电厂综合废水的充分接触，微米级的大尺寸八面体可以提供更多的孔隙来吸附重金属离子。综上所述，多尺寸颗粒相互协同，能极大地促进材料对垃圾电厂综合废水中重金属离子的吸附。该复合材料保留了前驱体的形貌，制备方法简单、绿色环保、成本低廉。本专利技术公开的方法制备的Fe3O4@C复合材料具有良好的稳定性，具有介孔结构，比表面大，有顺磁性。可作为吸附材料用于重金属离子去除领域，去除效率高、能耗低，具有一定的实际应用潜力。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1制得的MIL
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88B(Fe)的低分辨SEM图；
[0026]图2为本专利技术实施例1制得的MIL
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88B(Fe)的高分辨SEM图；
[0027]图3为本专利技术对比例1制得的MIL
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88B(Fe)的SEM图；
[0028]图4为本专利技术实施例1制得的Fe3O4@C的XRD图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多尺寸八面体MIL
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88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将六水合三氯化铁溶解到N,N
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二甲基甲酰胺溶剂中，磁力搅拌至溶液均匀透明，制得溶液A，六水合三氯化铁的浓度为0.092～0.138mol/L；将对苯二甲酸溶解到N,N
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二甲基甲酰胺溶剂中，磁力搅拌至溶液均匀透明，制得溶液B；(2)在不断磁力搅拌的过程中将溶液A逐滴加入到溶液B中，六水合三氯化铁与对苯二甲酸的摩尔比为1～2：1～2，完全加入后继续磁力搅拌至均匀，制得溶液C；(3)溶液C溶剂热反应，反应结束后离心分离出固体，洗涤、干燥后得到粉色粉末，即MIL
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88B(Fe)；(4)以步骤(3)制得的MIL
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88B(Fe)为前驱体，在N2下煅烧发生碳化和石墨化过程，最终可得到多尺寸八面体MIL
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88B(Fe)衍生的Fe3O4@C复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁艳林，任思竹，马洪艳，高慧，李莉燕，
申请(专利权)人：廊坊师范学院，
类型：发明
国别省市：