ZIF基低温吸附材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种ZIF基低温吸附材料的制备方法及应用，制备方法具体步骤为：准备两份N，N‑二甲基甲酰胺与水的混合溶液，将2‑甲基咪唑和六水合硝酸钴分别溶于上述溶液中，常温下搅拌均匀；向六水合硝酸钴溶液中加入SiO

【技术实现步骤摘要】
ZIF基低温吸附材料的制备方法及应用
本专利技术属于吸附材料领域，涉及复合吸附材料的合成及其用于低温有机废水处理技术，尤其是一种ZIF基低温吸附材料的制备方法及应用。
技术介绍
在全球工业快速发展的过程中，工业有机废水的排放对大自然水体造成了严重污染，治理水体污染迫在眉睫。吸附法是能有效处理有机废水的物理处理法之一，但水体温度对其吸附材料性能干扰显著，低温水体中(小于10℃)吸附材料的吸附性能急剧下降。我国北方甚至包括长江流域的许多水体冬季水体温度常在10℃及以下，因此有必要研发低温水体环境中对有机污染物具有优良吸附性能的材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供ZIF基低温吸附材料的制备方法及其在处理低温有机废水中的应用。该方法在SiO2@ZIF-67复合材料制备的基础上添加吸附增强相材料，提升材料的吸附性能。该ZIF基低温吸附材料可以在低温条件下实现有机污染废水的处理。本专利技术的技术方案包括如下步骤：一种ZIF基低温吸附材料的制备方法，具体步骤为：准备两份N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与水的混合溶液，将2-甲基咪唑和六水合硝酸钴分别溶于上述溶液中，常温下搅拌均匀，2-甲基咪唑的质量百分含量为0.5％-2.0％，六水合硝酸钴的质量百分含量为0.4％-1.0％；向六水合硝酸钴溶液中加入质量百分含量为0.04％-0.05％SiO2，超声分散，使SiO2在溶液中分散均匀，得到溶液A；向2-甲基咪唑溶液中加入质量百分含量为0.04％-0.05％吸附增强相材料，混合均匀后得到溶液B；将溶液A加入至溶液B中，在室温下静置8-24h，经离心洗涤后于70-90℃下真空干燥10-14h，最后于高温真空管式炉中煅烧3-5h。而且，N，N-二甲基甲酰胺与水的体积比为1:4-1:10，优选1:5。而且，所述的吸附增强相材料为氧化碳纳米管(CNTs)、氧化石墨烯(GO)、二硫化钼(MoS2)中的一种。而且，所述的煅烧温度为500-700℃，优选600℃。而且，所述的煅烧升温速率为1-5℃/min，优选2℃/min。本专利技术同时保护该ZIF基低温吸附材料在处理含甲基橙的低温有机废水中的应用。ZIF-67是ZIFs系列中的典型材料，但是由于其固有的微孔特性，作吸附剂时传质速度较慢，限制了在吸附领域的应用。介孔二氧化硅微球因独特的孔道结构而具有一定的吸附性能，且无毒，具有可控性。为了获得更好的孔道结构并达到更高效的吸附效果，将ZIF-67与二氧化硅复合，并在此基础上，添加不同的吸附增强相材料，获得ZIF基低温吸附材料。本专利技术的优点和有益效果：1、本专利技术制备ZIF基低温吸附材料的方法简单，且材料为比表面积大、吸附性能好的多孔材料，克服了低温环境下有机废水处理困难的现状，可运用在寒冷地区或冬季有机废水的处理中。2、本专利技术制备的ZIF基低温吸附材料在低于10℃的低温条件下，对水中有机物仍具有较强的吸附能力，在低温环境为5℃时ZIF基低温吸附材料的吸附能力是活性炭(AC)的2.6-4.4倍。附图说明图1是实施例1中的SiO2@ZIF-67/GO及ZIF基-GO多孔材料的XRD图；图2(a)是实施例1中的SiO2@ZIF-67/GO的SEM图；图2(b)是实施例1中的ZIF基-GO多孔材料的SEM图；图3是实施例6中的SiO2@ZIF-67/CNTs及ZIF基-CNTs多孔材料的XRD图；图4(a)是实施例6中的SiO2@ZIF-67/CNTs的SEM图；图4(b)是实施例6中的ZIF基-CNTs多孔材料的SEM图；图5是实施例9中的SiO2@ZIF-67/MoS2及ZIF基-MoS2多孔材料的XRD图；图6(a)是实施例9中的SiO2@ZIF-67/MoS2的SEM图；图6(b)是实施例9中的ZIF基-MoS2多孔材料的SEM图；图7是实施例12中的SiO2@ZIF-67与ZIF基多孔材料的XRD图；图8(a)是实施例12中SiO2@ZIF-67的SEM图；图8(b)是实施例12中ZIF基多孔材料的SEM图；图9(a)是甲基橙浓度对ZIF基低温吸附材料吸附量的影响曲线(1℃)；图9(b)是甲基橙浓度对ZIF基低温吸附材料吸附量的影响曲线(5℃)；图9(c)是甲基橙浓度对ZIF基低温吸附材料吸附量的影响曲线(9℃)。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明。实施例1准备两份N，N-二甲基甲酰胺与水比例为1:5的混合溶液各150mL，称取4.93g2-甲基咪唑，2.60g六水合硝酸钴分别溶于上述150mL溶液中，常温下搅拌均匀；向六水合硝酸钴溶液中加入0.15gSiO2，超声分散30min，常温搅拌30min，使SiO2在溶液中分散均匀，得溶液A；向2-甲基咪唑溶液中溶液中加入0.15gGO，常温搅拌30min分散均匀，得溶液B；将溶液A加入至溶液B中，匀速搅拌30min，于室温下静置12h，经离心洗涤后于80℃下真空干燥12h，得到产物SiO2@ZIF-67/GO，将研磨后的产物在氮气气氛中以2℃/min的升温速率于高温真空管式炉中在500℃温度下煅烧4h，得到ZIF基-GO多孔材料。如图1所示，为本专利技术SiO2@ZIF-67/GO及ZIF基-GO多孔材料的XRD图。ZIF-67、SiO2、GO的吸收峰均可以观察到，证实了成功合成了SiO2@ZIF-67/GO及ZIF基-GO多孔材料。如图2所示，为本专利技术SiO2@ZIF-67/GO及ZIF基-GO多孔材料的SEM图，可以看出材料形貌变化，SiO2@ZIF-67在GO上均匀排布。煅烧后，材料表面变得粗糙。在250mL锥形瓶中加入配置好的100mL浓度为100mg/L甲基橙溶液，向溶液中加入0.02gZIF基-GO低温吸附材料，将锥形瓶置于ZWY-200D型恒温振荡器中，于1℃、5℃、9℃下测量粉体对有机溶液的吸附性能。本实施例所得的ZIF基-GO多孔材料在1℃环境下对有机染料甲基橙的饱和吸附量为261mg/g。在5℃环境下对有机染料甲基橙的饱和吸附量为332mg/g，是AC(活性炭)饱和吸附量的4.4倍。在9℃环境下对有机染料甲基橙的饱和吸附量为349mg/g。实施例2与实施例1的区别在于：N，N-二甲基甲酰胺与水比例为1:4。本实施例所得的ZIF基-GO多孔材料在1℃环境下对有机染料甲基橙的饱和吸附量为235mg/g。在5℃环境下对有机染料甲基橙的饱和吸附量为304mg/g，是AC饱和吸附量的4.0倍。在9℃环境下对有机染料甲基橙的饱和吸附量为327mg/g。通过与实施例1的数据对比，合成产物在低温环境中的吸附能力略有降低。实施例3与实施例1的区别在于：N，N-二甲基甲酰胺与水比例为1:10。本实施例所得的ZIF基-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZIF基低温吸附材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：/n准备两份N，N-二甲基甲酰胺与水的混合溶液，将2-甲基咪唑和六水合硝酸钴分别溶于上述溶液中，常温下搅拌均匀，2-甲基咪唑的质量百分含量为0.5％-2.0％，六水合硝酸钴的质量百分含量为0.4％-1.0％；/n向六水合硝酸钴溶液中加入质量百分含量为0.04％-0.05％SiO

【技术特征摘要】
1.一种ZIF基低温吸附材料的制备方法，其特征在于：具体步骤为：
准备两份N，N-二甲基甲酰胺与水的混合溶液，将2-甲基咪唑和六水合硝酸钴分别溶于上述溶液中，常温下搅拌均匀，2-甲基咪唑的质量百分含量为0.5％-2.0％，六水合硝酸钴的质量百分含量为0.4％-1.0％；
向六水合硝酸钴溶液中加入质量百分含量为0.04％-0.05％SiO2，超声分散，使SiO2在溶液中分散均匀，得到溶液A；
向2-甲基咪唑溶液中加入质量百分含量为0.04％-0.05％吸附增强相材料，混合均匀后得到溶液B；
将溶液A加入至溶液B中，在室温下静置8-24h，经离心洗涤后于70-90℃下真空干燥10-14h，最后于高温真空管式炉中煅烧3-5h。


2.根据权利要求1所述一种ZIF基低温吸附材料的制备方法，其特征在于：N，N-二甲基甲酰胺与水的体积比为1:4-1:10。


3.根据权利要求2所述一种ZIF基低温...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴燕，孙红梅，彭啸，赵羿伟，吴鸣，王玮，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津;12