一种二茂铁改性MIL-88B电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种二茂铁改性MIL

【技术实现步骤摘要】
一种二茂铁改性MIL
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88B电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种二茂铁改性MIL
‑
88B电极及其制备方法和在水中砷处理中的应用。

技术介绍

[0002]砷在水中主要以五价砷和三价砷的砷酸盐两种形式存在，其中三价砷具有急性毒性和较高的扩散性。目前世界卫生组织确定的饮用水中砷的限值为10μg/L。然而，世界各地许多地方的地下水中砷的浓度往往在几百微克每升到几毫克每升之间，远超过了限值。目前去除溶液中砷的方法有膜分离法、生物法、混凝、电混凝、吸附等。其中膜分离(特别是纳滤和反渗透)对于去除中性亚砷酸盐的效果较差且需要较高的能量成本，生物法的抗砷细菌分离困难和且难以去除低浓度的砷，混凝和电混凝对低砷浓度去除率低且能耗高，吸附法对亚砷酸盐的去除效率很低且吸附剂再生困难。为此，寻求高效、低成本的去除水中砷的方法是目前关注和研究的热点。
[0003]电容去离子技术具有低能耗、高效率、无二次污染、易于再生等优势，可以避免上述缺陷。此外，在砷的去除中，电容去离子不仅吸附砷，还可以将有毒的三价砷转化为毒性较小的五价砷，从而降低副产物的毒性。然而，在Cl
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和SO
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等水中大量共存的竞争离子存在时，低砷选择性限制了碳基电极对砷的去除。因此，开发对砷具有高亲和力和良好再生能力的电极材料是十分必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述缺陷，提供一种不仅能高效去除砷，还可实现将高毒性三价砷转化为低毒性五价砷的，可用于水中砷的去除的二茂铁改性MIL
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88B电极及其制备方法和应用，解决了现存电容去离子电极对砷选择性去除效率低以及吸附容量有限的关键技术问题。
[0005]本专利技术提供如下技术方案：一种二茂铁改性MIL
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88B电极的制备方法及其应用，包括以下步骤：
[0006]1)MIL
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88B
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NH2的制备：将氯化铁和2
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氨基对苯二甲酸加入到有机溶剂中，超声后加入氢氧化钠，转移到水热反应釜中反应一段时间后，经洗涤、离心、干燥得到MIL
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88B
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NH2；
[0007]2)二茂铁改性MIL
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88B的制备：将所述步骤1)制得的MIL
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88B
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NH2、二茂铁衍生物和乙酸加入到有机溶剂中，搅拌使其溶解后通入惰性气体，再迅速转入水热反应釜中，反应结束经离心干燥后，得到二茂铁改性MIL
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88B；
[0008]3)二茂铁改性MIL
‑
88B电极的制备：将所述步骤2)制得的二茂铁改性MIL
‑
88B、粉末状导电炭黑混合均匀，再加入聚偏氟乙烯与有机溶剂配成的溶液中并混合均匀，将其涂覆在石墨纸上并干燥后，得到所述二茂铁改性MIL
‑
88B电极。
[0009]进一步地，所述步骤1)中氯化铁、2
‑
氨基对苯二甲酸和氢氧化钠的摩尔比为5:(25
～1):(5～50)，反应温度为80～180℃，反应时间为8～24h，烘箱60℃干燥2～8h。
[0010]进一步地，所述步骤2)中二茂铁衍生物为二茂铁甲醛、二茂铁甲醇、二茂铁乙醛、二茂铁乙醇、二茂铁乙酸、1,1
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二茂铁二甲醛、1,1
‑
二茂铁二甲醇和1,1
‑
二茂铁二甲酸中的一种或几种。
[0011]进一步地，所述步骤2)中二茂铁衍生物、MIL
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88B和乙酸的质量比为5:(25～1):(5～100)，反应温度为80～180℃，反应时间为8～96h，烘箱80℃干燥4～12h。
[0012]进一步地，所述步骤2)中惰性气体为氮气和氩气中的一种或两种，通入惰性气体的时间为5～60min。
[0013]进一步地，所述步骤3)中的二茂铁改性MIL
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88B、导电炭黑和聚偏氟乙烯的质量比为(70～89):(1～10):(10～20)，烘箱60℃干燥2～8h。
[0014]进一步地，所述步骤3)中聚偏氟乙烯溶于有机溶剂配成的溶液中聚偏氟乙烯的质量浓度为1～4wt.％。
[0015]进一步地，所述步骤1)、2)和3)中有机溶剂为N
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甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基乙酰胺、N,N
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二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或几种；所述步骤1)、2)和3)中有机溶剂不必保持一致。
[0016]本专利技术还提供上述制备方法制备得到的二茂铁改性MIL
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88B电极。
[0017]本专利技术还提供上述二茂铁改性MIL
‑
88B电极的应用，可用于废水中三价砷和五价砷的选择性吸附去除，在选择性吸附去除的同时，所述二茂铁改性MIL
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88B电极上的二茂铁将具有高毒性的三价砷催化氧化为低毒性的五价砷。
[0018]本专利技术的有益效果为：
[0019](1)本专利技术采用常规的原材料和设备，将二茂铁接枝到MIL
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88B
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NH2上制备了二茂铁改性MIL
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88B电极，易于工业化生产，具有良好的商业前景。
[0020](2)本专利技术制备的二茂铁改性MIL
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88B电极，利用了MIL
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88B
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NH2优异的砷吸附性能，能大容量的快速吸附砷。
[0021](3)本专利技术制备的二茂铁改性MIL
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88B电极，利用了二茂铁优异的催化能力，不仅能提高电极的砷吸附量，还可以在施加电压时将高毒性的三价砷转化为五价砷，转化率可达68.9％。
[0022](4)本专利技术制备的二茂铁改性MIL
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88B电极对砷具有极高的选择性，在含1mmol/L NaAsO2、20mmol/L NaCl和20mmol/L NaHCO3的混合溶液中，砷吸附容量可达118.3mg/g。
附图说明
[0023]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：
[0024]图1是本专利技术实施例1中提供的制备方法制备得到的二茂铁改性MIL
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88B材料的扫描电镜(SEM)图；
[0025]图2是本专利技术实施例1中提供的制备方法制备得到的二茂铁改性MIL
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88B在1mol/L NaNO3溶液中的循环伏安曲线图；
[0026]图3是本专利技术实施例1中提供的制备方法制备得到的二茂铁改性MIL
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88B电极为正极，活性炭电极为负极组装成电容器，在1mmol/L NaAsO2、20mmol/L NaCl和20mmol/L NaHCO3的混合溶液中1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二茂铁改性MIL
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88B电极的制备方法及其应用，其特征在于，包括以下步骤：1)MIL
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88B
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NH2的制备：将氯化铁和2
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氨基对苯二甲酸加入到有机溶剂中，超声后加入氢氧化钠，转移到水热反应釜中反应一段时间后，经洗涤、离心、干燥得到MIL
‑
88B
‑
NH2；2)二茂铁改性MIL
‑
88B的制备：将所述步骤1)制得的MIL
‑
88B
‑
NH2、二茂铁衍生物和乙酸加入到有机溶剂中，搅拌使其溶解后通入惰性气体，再迅速转入水热反应釜中，反应结束经离心干燥后，得到二茂铁改性MIL
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88B；3)二茂铁改性MIL
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88B电极的制备：将所述步骤2)制得的二茂铁改性MIL
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88B、粉末状导电炭黑混合均匀，再加入聚偏氟乙烯与有机溶剂配成的溶液中并混合均匀，将其涂覆在石墨纸上并干燥后，得到所述二茂铁改性MIL
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88B电极。2.根据权利要求1所述的一种二茂铁改性MIL
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88B电极的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中氯化铁、2
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氨基对苯二甲酸和氢氧化钠的摩尔比为5:(25～1):(5～50)，反应温度为80～180℃，反应时间为8～24h，烘箱60℃干燥2～8h。3.根据权利要求1所述的一种二茂铁改性MIL
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88B电极的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中二茂铁衍生物为二茂铁甲醛、二茂铁甲醇、二茂铁乙醛、二茂铁乙醇、二茂铁乙酸、1,1
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二茂铁二甲醛、1,1
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二茂铁二甲醇和1,1
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二茂铁二甲酸中的一种或几种。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志伟，史威，高菲，王雪野，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：