一种铁基二维双金属有机配合物及其在污水处理中的应用制造技术

本发明专利技术属重金属污染物吸附材料技术领域，为解决现有吸附材料为静电吸附的方式，回收利用前先经过脱附阶段，难以直接对阳离子和阴离子同时进行吸附的问题，提供一种铁基二维双金属有机配合物及其在污水处理中的应用，结构简式为：Fe

An iron based two dimensional bimetallic organic complex and its application in sewage treatment

The invention belongs to the technical field of heavy metals adsorption material, in order to solve the existing adsorption materials for electrostatic adsorption, recycling first desorption stage, it is difficult to directly on the adsorption of cations and anions at the same time, provides a two-dimensional Fe based metal organic complexes and its application in wastewater treatment, the structure is simple: Fe

【技术实现步骤摘要】
一种铁基二维双金属有机配合物及其在污水处理中的应用
本专利技术属于重金属污染物吸附材料
，具体涉及一种铁基二维双金属有机配合物及其在污水处理中的应用，该铁基二维双金属有机配合物同时吸附污水中的二价重金属阳离子和重金属的酸根阴离子污染物。
技术介绍
目前，人类资源短缺和饮用水安全问题日益突出，水污染成为人们广泛关注的话题。其中，重金属离子的吸附是重要一环。为了达到吸附量的最大化，一般采用纳米材料使得比表面积加大来对重金属离子进行吸附，并取得了一定的成效。其目的是通过增加吸附材料的吸附位点来增强与重金属离子的亲和力。Fe基纳米复合材料与Mg基纳米复合材料是水处理中常用的吸附剂，一般以球形的氧化物形式居多，并取得了一定的效果，吸附机制主要是静电吸附。近年来，二维金属纳米复合材料由于其优异的物理化学特性而受到广泛关注，并且在电催化、光催化、能量存储等方面有了丰硕的成果。二维的表面特性使得其表面存在大量的活性位点，易与其他离子相结合或发生置换。因此，二维金属纳米复合材料在水处理中有着广泛的应用前景。在各类吸附剂中，有少部分吸附剂可回收再利用，但此类吸附剂回收利用前都会先经过一个脱附阶段，且静电吸附的机制很难对阳离子和阴离子同时有吸附效果，所以，如果能利用一种吸附材料既可吸附阳离子污染物，又能吸附阴离子污染物，同时无需进行脱附过程直接进行二次吸附。这种吸附方式在污水处理去除重金属离子领域的一个重要突破。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有纳米复合材料作为吸附剂采用静电吸附的方式，在回收利用前都会先经过一个脱附阶段，难以直接对阳离子和阴离子同时进行吸附的问题，提供了一种铁基二维双金属有机配合物及其在污水处理中的应用，该铁基二维双金属有机配合物在吸附污水中的二价重金属阳离子后，不需要再经过脱附阶段，可以直接吸附污水中的重金属的酸根阴离子污染物。本专利技术由如下技术方案实现的：一种铁基二维双金属有机配合物，所述铁基二维双金属有机配合物的结构简式为：Fe3+/M2+-OL，所述M2+为在水中无毒的二价金属离子，OL（OrganicLigands）为有机配体，OL为苯甲酸（BA）、对苯二甲酸（PTA）、均苯三酸(TA)中的任意一种。所述M2+优选为Mg2+或Ca2+。所述铁基二维双金属有机配合物吸附二价重金属阳离子污染物，回收烘干后直接吸附重金属的酸根阴离子污染物。具体吸附方法为：（1）吸附二价重金属阳离子；铁基二维双金属有机配合物质量与二价金属阳离子溶液的比例为：Fe3+/M2+-OL：二价重金属阳离子溶液=2:5mg/ml，所述二价重金属阳离子溶液中的二价金属阳离子浓度为5mg/L~1000mg/L，超声分散后磁力搅拌8h，达到吸附平衡即可；（2）将饱和吸附后的材料回收，在50~80℃下烘干过夜备用；（3）烘干后的材料对重金属的酸根阴离子污染物进行吸附，烘干后的材料与重金属的酸根阴离子溶液的比例为：Fe3+/M2+-OL：重金属的酸根阴离子溶液=2:5mg/ml，其中重金属的酸根阴离子溶液中重金属酸根阴离子的浓度为5mg/L~1000mg/L。所述二价重金属阳离子污染物为Pb（II）、Cd（II）、Cu（II）、Zn（II）、Co（II）、Ni（II）中的任意一种。所述重金属的酸根阴离子污染物为AsO43-、Cr2O72-、SeO42-中的任意一种。本专利技术所述的铁基二维双金属有机配合物的制备方法采用文献TangZhiyong,etal.Ultrathinmetal–organicframeworknanosheetsforelectrocatalyticoxygenevolution,NatureEnergy,2016,1,1-10.中NiCo-UMOFNs中所记载的制备方法，其中金属换成Fe3+和不同的在水中无毒的二价金属离子。本专利技术所制备的铁基二维双金属有机配合物Fe3+/M2+-OL对二价重金属阳离子的吸附量可达到370-450mg/L，饱和吸附后二次吸附重金属阴离子的吸附达到90-130mg/L。为探究其吸附机理，以Pb（II）和As（V）为例，采用XRD、FT-IR、SEM、TEM、mapping等手段对吸附Pb（II）前后的材料进行表征，结果表明吸附前金属有机配合是非晶态，在对Pb（II）进行吸附时，Fe3+/M2+-OL中二价金属（M2+）与Pb2+发生了置换，溶液中的Pb（II）被吸附量与残留在溶液中的M2+的量摩尔数成正比。饱和吸附后的材料（标记为Fe3+/Pb2+-BDC）中，没有M2+存在，取而代之的是大量的Pb2+。且通过XRD分析发现Fe3+/Pb2+-BDC具有一定的晶体特性。这是由于金属配合物中存在大量游离、无序的OH-，当Pb2+将M2+全部置换后，Pb2+与OH-之间存在很强的键合力，使无序的OH-与Pb2+结合，形成稳定的Pb-OH键，从而使得金属有机配合物变的长程有序，形成了晶体。利用饱和吸附Pb（II）所得Fe3+/Pb2+-OL对As（V）进行二次吸附，发现对As（V）具有较好的吸附效果。经过研究发现，对As（V）的吸附机理主要是由于Pb-OH本身带有正电荷且Fe和As（V）之间有很强的亲和力，所以对AsO43-有较好的吸附效果。Pb（II）、As（V）吸附机理如图1所示。附图说明图1为Pb（II）与As（V）吸附机理示意图；图2为Fe/Mg@PTA的SEM照片；图3为Fe/Mg@PTA、Fe/Mg@PTA-Pb与Fe/Mg@PTA-Pb-As的XRD图谱；图4为Fe/Mg@PTA与吸附Pb（II）、As（V）后的FT-IR图谱；图5为Fe/Mg@PTA（a-c）及Fe/Mg@PTA-Pb（d-g）的mapping图，图中：a、TEM图；b、Fe元素分布；c、Mg元素分布；d、TEM图；e、Mg元素分布；f、Fe元素分布；g、Pb元素分布；图6为Fe/Mg@PTA对Pb（II）的吸附等温线（a）与吸附速率曲线（b）结果图；图7为Fe/Mg@PTA-Pb对As（V）吸附等温线（a）与吸附速率曲线（b）结果图；图8为Fe/Ca@PTA的SEM照片；图9为Fe/Ca@PTA与Fe/Ca@PTA-Pb的XRD图谱；图10为Fe/Ca@PTA对Pb（II）吸附等温线（a）与吸附速率曲线（b）结果图；图11为Fe/Ca@PTA-Pb对As（V）吸附等温线（a）与吸附速率曲线（b）；图12为Fe/Mg@BA对Cd（II）吸附等温线（a）与吸附速率曲线（b）结果图；图13为Fe/Mg@BA-Cd对Cr（VI）吸附等温线（a）与吸附速率曲线（b）图14为Fe/Ca@TA对Ni（II）吸附等温线（a）与吸附速率曲线（b）结果图；图15为Fe/Ca@TA-Ni对Se（VI）吸附等温线（a）与吸附速率曲线（b）结果图。具体实施方式实施例1：一种铁基二维双金属有机配合物，所述铁基二维双金属有机配合物的结构简式为：Fe3+/M2+-PTA，所述M2+为Mg2+，有机配体为对苯二甲酸。Fe3+/Mg2+-PTA的制备方法采用文献TangZhiyong,etal.Ultrathinmetal–organicframeworknanosheetsforelectrocatalyticoxygenevolu本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁基二维双金属有机配合物，其特征在于：所述铁基二维双金属有机配合物的结构简式为：Fe

【技术特征摘要】
1.一种铁基二维双金属有机配合物，其特征在于：所述铁基二维双金属有机配合物的结构简式为：Fe3+/M2+-OL，所述M2+为在水中无毒的二价金属离子，OL为有机配体，OL为苯甲酸、对苯二甲酸、均苯三酸中的任意一种。2.根据权利要求1所述的一种铁基二维双金属有机配合物，其特征在于：所述M2+为Mg2+或Ca2+。3.权利要求1所述的一种铁基二维双金属有机配合物在污水处理中的应用，其特征在于：所述铁基二维双金属有机配合物吸附二价重金属阳离子污染物，回收烘干后直接吸附重金属的酸根阴离子污染物。4.根据权利要求3所述的一种铁基二维双金属有机配合物在污水处理中的应用，其特征在于：具体吸附方法为：（1）吸附二价重金属阳离子；铁基二维双金属有机配合物质量与二价金属阳离子溶液的比例为：Fe3+/M2+-OL：二价重金属阳离子溶液=2:5mg/ml，所述二价重金属阳离子溶液中的二价...

【专利技术属性】
技术研发人员：石晓峰，王晶禹，李小东，陈振亚，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14