一种铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料的制备方法及其吸附除磷的应用技术

本发明专利技术公开了一种铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料的制备方法及其吸附除磷的应用。该方法是将镧系金属盐与氨基苯二甲酸通过溶剂热反应得到氨基修饰镧系金属有机骨架材料；然后在氮气氛围中，采用嵌入法与铁盐生成铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料。本发明专利技术制备的铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料，利用氨基修饰的镧系金属有机复合物对磷的选择性吸附功能，具有较大的吸附容量；同时利用铁磁矿的超顺磁性质，可以实现在污废水中吸附除磷后将吸附剂分离再生。本发明专利技术适用于处理含有多种离子及天然有机物共存条件下的污水，对磷酸盐的去除效果具有高度选择性，较宽pH适用范围，去除效率高，吸附剂可重复使用，处理成本低。处理成本低。处理成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料的制备方法及其吸附除磷的应用


[0001]本专利技术属于污废水除磷
，特别涉及一种铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料的制备方法及其吸附除磷的应用。

技术介绍

[0002]磷在水体中多以磷酸盐的形式存在，包括正磷酸盐、聚磷酸盐及有机磷酸盐等，聚磷酸盐可通过水解作用转化为正磷酸盐，有机磷酸盐在微生物分解下最终也能转化为正磷酸盐。水中藻类将可溶解的正磷酸盐当作营养物质，然而水体中磷浓度过高会刺激藻类过度生长，破坏水生态平衡，最终导致水体富营养化。目前我国城镇污水处理厂出水总磷排放标准为0.5mg/L，远远未达到控制水体富营养化的要求。另一方面，磷是我国战略性资源，对农业生产有着重要意义，21世纪以来对磷矿的开采呈逐渐上升趋势。据统计，截止到2017年，我国磷矿储量为252.84亿吨，生产磷矿石1.2亿吨，仅能维持两百年。全球范围来看，如不加控制，磷矿储量只能满足人类几十年的开采需求。因此，如何高效去除水体中的磷，并实现磷资源循环使用，是目前亟待解决的问题。
[0003]磷的去除方法主要有化学沉淀法、活性污泥法、膜技术分离、结晶法以及吸附法等。吸附法因反应速度快、去除效率高等优点应用于水中磷酸盐的去除。但传统吸附剂吸附容量低、选择性较差、重复利用性差等缺陷，急需开发新型高效吸附剂用于磷酸盐的去除与回收。金属有机骨架(MOFs)，又称多孔配位聚合物，是由金属离子或金属离子簇和有机配体两部分组成，基于有机配体的几何结构、金属离子或金属离子簇的配位方式，可以按照目标功能特性设计金属有机骨架结构，是一种性能优良的吸附材料。金属离子对磷酸盐的主要吸附机理表现为离子交换、配体交换和表面沉淀，由于金属活性部位与磷酸盐之间的特殊吸引力，金属掺杂或改性材料作为吸附剂已成为研究的热点。但目前大多数金属有机骨架吸附材料是粉末状易团聚，难以分离回收，工程实际中容易对环境水体造成二次污染，因此需要对材料进行固定化处理。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种高磷酸盐吸附量、吸附选择性好和可回收循环利用的铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料的制备方法及其吸附除磷的应用。解决了现有技术中除磷吸附剂吸附容量小，选择性差，固液分离难，循环利用效果低等问题。
[0005]本专利技术所述的铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料的制备方法为：镧系金属盐与氨基苯二甲酸通过溶剂热反应得到氨基修饰镧系金属有机骨架材料；然后在氮气氛围中，采用嵌入法与铁盐生成铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料，其中铁元素的质量分数为12.5-25％。
[0006]本专利技术所述的铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料的制备方法的具体步骤为：
[0007](1)配制镧系金属盐水溶液；用极性溶剂配制氨基苯二甲酸溶液；将配制的两种溶液混合搅拌得到混合液；然后转移至反应釜中密封，加热反应，反应完成后冷却、洗涤、真空干燥，得到氨基修饰镧系金属有机骨架材料；
[0008](2)将去离子水通氮气预处理后，加入步骤(1)制备的氨基修饰的镧系金属有机骨架材料，超声分散得到分散液，然后快速加入氨水，在机械搅拌和氮气氛围下加入铁盐，水浴加热搅拌反应，用外部磁场分离提纯产物，洗涤至pH为中性，真空干燥后得到铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料。
[0009]所述步骤(1)中，镧系金属盐为镧盐或铈盐。所述镧盐为硝酸镧、氯化镧中的一种或两种，铈盐为硝酸铈、氯化铈中的一种或两种。所述镧系金属盐水溶液的浓度为0.1-0.15mol/L。
[0010]所述步骤(1)中，氨基苯二甲酸为5-氨基间苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸中的一种或两种。所述氨基苯二甲酸溶液的浓度为0.1-0.45mol/L。
[0011]所述步骤(1)中，混合液中氨基苯二甲酸与镧系金属离子的摩尔比为1:1-1:3。
[0012]所述步骤(1)中，混合液中加入苯二胺溶液。所述苯二胺选自邻苯二胺、对苯二胺、间苯二胺中的一种或几种。所述苯二胺溶液的浓度为0.1-0.22mol/L，溶剂为极性溶剂。混合液中苯二胺与镧系金属离子的摩尔比为1:1-1:1.5。
[0013]所述极性溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺，或者N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种与乙醇按体积比2:3-1:4的混合溶剂。
[0014]所述步骤(1)中，溶液混合的方式为机械搅拌，搅拌时间为10-15分钟；真空干燥温度为50-70℃，干燥时间为8-12h。
[0015]所述步骤(1)中，反应釜为聚四氟乙烯反应釜，加热温度为110-160℃，反应时间为48-72h。
[0016]所述步骤(2)中，铁盐为三价铁盐与二价铁盐的混合物。所述三价铁盐为氯化铁、硝酸铁、硫酸铁中的一种或几种，所述二价铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵中的一种或几种。其中Fe
3+
浓度为6-14mmol/L，Fe
2+
与Fe
3+
摩尔比为1:1.5-1:2。
[0017]所述步骤(2)中，氨水的质量浓度为25-30％，氨水加入量为分散液体积的8.5-12％。
[0018]所述步骤(2)中，超声分散时间为10-15分钟，水浴的温度为60-90℃，搅拌时间为1-1.5小时。
[0019]将上述制备的铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料作为吸附剂进行吸附除磷的应用。所述的吸附除磷的具体步骤为：
[0020](1)向待净化水体中加入作为吸附剂的铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料，震荡反应，使水体中的磷酸根离子被吸附剂吸附；
[0021](2)利用磁铁对铁磁性材料的磁吸力，将吸附了磷酸根离子的吸附剂从水体中分离出来；
[0022](3)用碱液对吸附了磷酸根离子的吸附剂进行洗脱，使磷酸根离子从吸附剂上脱附，洗涤烘干后吸附剂再生，可继续循环用于吸附磷酸根离子。
[0023]所述震荡的速度为140-180r/min，震荡反应的时间为2-24h。
[0024]所述步骤(1)的待净化水体中含有磷酸根离子。所述步骤(1)的待净化水体中还含
有干扰离子及天然有机物。所述干扰离子为Cl-、SO
42-、NO
3-和HCO
3-中的至少一种，所述天然有机物为腐植酸。
[0025]本专利技术与现有技术相比，主要具备以下技术优点：
[0026](1)本专利技术制备的铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料，利用氨基修饰的镧系金属有机复合物对磷的选择性吸附功能，具有较大的吸附容量；同时利用铁磁矿的超顺磁性质，可以实现在污废水中吸附除磷后，在外加磁场条件下，将吸附剂分离再生，实现吸附剂循环利用的效果。本专利技术适用于处理含有多种离子及天然有机物共存条件下的污水，对磷酸盐的去除效果具有高度选择性，较宽pH适用范围，去除效率高，吸附剂可重复使用，处理成本低。
[0027](2)为提高镧系金属有机骨架对磷酸盐的吸附容量，并强化对磷酸盐的选择吸附性能，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，该方法是将镧系金属盐与氨基苯二甲酸通过溶剂热反应得到氨基修饰镧系金属有机骨架材料；然后在氮气氛围中，采用嵌入法与铁盐生成铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料，其中铁元素的质量分数为12.5-25％。2.一种铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：(1)配制镧系金属盐水溶液；用极性溶剂配制氨基苯二甲酸溶液；将配制的两种溶液混合搅拌得到混合液；然后转移至反应釜中密封，加热反应，反应完成后冷却、洗涤、真空干燥，得到氨基修饰镧系金属有机骨架材料；(2)将去离子水通氮气预处理后，加入步骤(1)制备的氨基修饰的镧系金属有机骨架材料，超声分散得到分散液，然后快速加入氨水，在机械搅拌和氮气氛围下加入铁盐，水浴加热搅拌反应，用外部磁场分离提纯产物，洗涤至pH为中性，真空干燥后得到铁磁性的氨基修饰镧系金属有机骨架材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，镧系金属盐为镧盐或铈盐；所述镧盐为硝酸镧、氯化镧中的一种或两种，铈盐为硝酸铈、氯化铈中的一种或两种；所述镧系金属盐水溶液的浓度为0.1-0.15mol/L。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，氨基苯二甲酸为5-氨基间苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸中的一种或两种；所述氨基苯二甲酸溶液的浓度为0.1-0.45mol/L；混合液中氨基苯二甲酸与镧系金属离子的摩尔比为1:1-1:3。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，混合液中加入苯二胺溶液；所述苯二胺选自邻苯二胺、对苯二胺、间苯二胺中的一种或几种；所述苯二胺溶液的浓度为0.1-0.22mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：文韬，冯晓楠，李雅雯，张耀，郑桂花，程智龙，吕汶汛，徐平，杜垚，林雨豪，高润年，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：