一种微波合成金属有机骨架材料DUT-5(Al)及其合成方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种微波合成金属有机骨架材料DUT

【技术实现步骤摘要】
一种微波合成金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)及其合成方法和应用


[0001]本专利技术属于吸附剂材料领域，具体涉及一种微波合成金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)及其合成方法和应用。

技术介绍

[0002]全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)通常被认为是最具代表性的全氟和多氟烷基物质(PFAS)。由于其独特的疏水性和疏脂性理化特性，已被广泛用于表面活性剂、杀虫剂、消防泡沫和工业生产。PFOS和PFOA具有持久性、生物积累和毒性，甚至具有潜在的致癌性。PFOS和PFOA对生态环境和人类健康构成潜在威胁。PFOS及其盐类、PFOA及其盐类和与PFOA有关的化合物均已经被列入《斯德哥尔摩公约》。且根据我国生态环境部的要求，已禁止全氟辛烷磺酸及其盐类和全氟辛酸除可接受用途外的生产、流通、使用和进出口。而PFOS和PFOA广泛存在于饮用水、地下水、雨水、湖水和废水中。因此，开发水环境中PFOS和PFOA的处理技术十分迫切。
[0003]目前研究了许多去除PFOS和PFOA的技术，如吸附、膜处理和生物技术等。吸附技术被广泛认为是处理PFOS和PFOA最有效和可行的方法。到目前为止，活性炭、分子印迹聚合物、阴离子交换树脂等作为吸附剂去除水中的PFOS和PFOA。然而，这些材料和方法存在一些缺陷，比如成本较高、可用性有限、再生问题和潜在的环境不友好性等。
[0004]金属
‑
有机框架材料(Metal
‑
organic frameworks, MOFs)因其多孔性、大比表面积、结构和功能多样性等特点在众多材料中脱颖而出，并被广泛应用于气体分离等领域。传统的MOF的合成方法是水热/溶剂热法，但该方法耗时长，效率低，因此，需要一种高效可控的方法来合成MOFs，且目前鲜有MOFs用于去除水中PFOS和PFOA的公开报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种微波合成金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)及其合成方法和应用。本专利技术验证，经微波合成DUT
‑
5(Al)不仅效率高，还能提升DUT
‑
5(Al)对PFOS和PFOA的去除效率。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术提供了一种微波合成金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)的方法，所述方法包括如下步骤：将联苯二甲酸溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，再加入Al(NO3)3•
9H2O搅拌均匀后，将混合溶液进行微波反应，在反应过程中，以10
°
C/min
‑
20
°
C/min的升温速率升温至120
°
C
‑
140
°
C，继续反应1h
‑
2h，反应结束后，反应液经冷却离心，收集沉淀并洗涤、烘干，得到金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)。
[0007]进一步的，所述联苯二甲酸和Al(NO3)3•
9H2O的质量比为1:1
‑
2。
[0008]进一步的，所述微波反应过程中的微波功率控制在200W。
[0009]优选的，所述方法包括如下步骤：0.484g的联苯二甲酸溶于60mL的N,N
‑
二甲基甲
酰胺（DMF）中，再加入0.968 g的Al(NO3)3•
9H2O，磁力搅拌30min后，将混合溶液转移至聚四氟乙烯的微波反应管中，采用微波合成仪进行微波反应，控制微波功率为200W，以20
°
C/min的升温速率升温至120
°
C，继续反应1h，反应结束后，反应液冷却至室温，4000 r/min离心15min，收集沉淀，用DMF和甲醇洗涤沉淀2~3次后，放至真空干燥箱中以80
°
C烘干，获得金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)。
[0010]本专利技术还提供了所述的微波合成金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)的方法制备得到的DUT
‑
5(Al)。
[0011]本专利技术还提供了所述的DUT
‑
5(Al)在制备用于去除水环境中全氟和多氟烷基物质的吸附剂中的应用。
[0012]进一步的，所述金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)能够单独作为吸附剂使用，或者与阴离子去除剂、载体共同制备成吸附剂使用。
[0013]进一步的，所述吸附剂的使用方法为：所述吸附剂的使用方法为：取含有全氟和多氟烷基物质的水环境中的溶液，将所述溶液的pH值调至3~4.83，加入吸附剂，于25
°
C~30
°
C下恒温振荡5 h~24 h。
[0014]进一步的，所述吸附剂与所述溶液的质量体积比为1:4~6。
[0015]进一步的，所述吸附剂的使用方法为：取25 mL、含PFOS或PFOA浓度为30 mg/L的水环境溶液，用0.1 mol/L HCl或NaOH溶液调整水环境溶液的pH值为3，加入5mg吸附剂，25
°
C恒温，150 r/min振荡10 h。
[0016]进一步的，所述吸附剂中还包括阴离子去除剂；所述阴离子去除剂包括Cl
−
去除剂、SO
42
−
去除剂和CO
32
‑
去除剂中的至少一种。
[0017]进一步的，所述吸附剂能够循环使用至少4次。
[0018]进一步的，所述全氟和多氟烷基物质为全氟辛烷磺酸和全氟辛酸。
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：1、本专利技术利用微波辅助法合成一种金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)，并编号DUT
‑5‑
2，与水热/溶剂热法合成的DUT
‑5‑
1相比DUT
‑5‑
2得到了优化，不仅大大缩短了合成时间，提高了合成效率，并且还明显提高了DUT
‑5‑
2对PFOS和PFOA的吸附效率。这是首次公开利用微波辅助法合成DUT
‑
5(Al)并用来吸附水环境中的PFOS和PFOA。
[0020]2、本专利技术还经过实验验证，当pH = 3时，DUT
‑5‑
2对PFOS和PFOA的去除率最高，且是通过物理吸附和单分子层吸附来实现去除PFOS和PFOA作用的，将微波辅助法合成的DUT
‑5‑
2作为吸附剂使用，循环使用4次后，DUT
‑5‑
2仍对PFOS(92.5%)和PFOA(93.0%)的吸附再生效率达到90%以上，因此DUT
‑5‑
2可以成为一种很有前景的吸附剂。除此之外，本专利技术还证明水环境中的阴离子对PFOS和PFOA的去本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微波合成金属有机骨架材料DUT
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5(Al)的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将联苯二甲酸溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，再加入Al(NO3)3•
9H2O搅拌均匀后，将混合溶液进行微波反应，在反应过程中，以10
°
C/min
‑
20
°
C/min的升温速率升温至120
°
C
‑
140
°
C，继续反应1h
‑
2h，反应结束后，反应液经冷却离心，收集沉淀并洗涤、烘干，得到金属有机骨架材料DUT
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5(Al)。2.根据权利要求1所述的微波合成金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)的方法，其特征在于，所述联苯二甲酸和Al(NO3)3•
9H2O的质量比为1:1
‑
2。3.根据权利要求1所述的微波合成金属有机骨架材料DUT
‑
5(Al)的方法，其特征在于，所述微波反应过程中的微波功率控制在200W。4.权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张双灵，郭萌萌，胡月，戴振建，姜文利，薛长晖，杜德红，王丽，东野子璇，
申请(专利权)人：青岛农业大学，
类型：发明
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