一种磁性镧基金属有机骨架复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磁性镧基金属有机骨架复合材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的磁性镧基金属有机骨架复合材料的制备方法，包括如下步骤：将Fe3O4、镧盐和对苯二甲酸溶于有机溶剂中，然后进行溶剂热反应，得到所述磁性镧基金属有机骨架复合材料；并将其应用于回收水中的磷。该材料的制备方法简单、成本低廉；制备得到的磁性镧基金属有机骨架复合材料对磷具有吸附容量大、吸附时间短、选择性高、pH适用范围广的特点，同时可以实现固液分离，而且可以多次再生重复使用。再生重复使用。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性镧基金属有机骨架复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及水中磷吸附材料领域，具体涉及的是一种磁性镧基金属有机骨架复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]磷是生物赖以生存的基本元素，在生态系统中，特别是在生物体的细胞代谢中起着重要的作用。然而，当水体中磷含量过多时会导致富营养化，进而可能带来生物多样性减少、群落结构简单化、甚至生态系统不稳定等结果。同时，磷酸盐矿物是不可再生、单向流动的有限资源，随着工业和农业的快速发展，其将在50
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100年内枯竭。目前，磷回收的方法有化学沉淀法、生物处理法和电解法等，但这些方法均存在一定的局限性，如去除率低、设备费用高、易产生二次污染等。吸附法由于工艺简单、方便管理、处理装置安装维护费用低等优点而广受关注。
[0003]近年来，金属有机骨架材料(MOFs)因其比表面积大、孔径可调、制备方法简便等优点被广泛应用于气体存储、催化、吸附等领域。但是，由于其以粉体形态存在，在应用方面会受到限制。因此，开发易于回收的MOFs复合材料成为研究热点之一。
[0004]磁性金属有机骨架复合材料(MMOFs)是磁性物质与MOFs材料复合的一种新型材料，其不仅具有MOFs原有的性质，还具有磁分离的优势，可通过外加磁场实现固液分离，大大简化了处理工艺。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种磁性镧基金属有机骨架复合材料及其制备方法和应用，本专利技术的制备方法简单、成本低廉；制备得到的磁性镧基金属有机骨架复合材料对磷具有吸附容量大、吸附时间短、选择性高、pH适用范围广的优点。
[0006]本专利技术首先提供了一种磁性镧基金属有机骨架复合材料的制备方法，包括如下步骤：将Fe3O4、镧盐和对苯二甲酸溶于有机溶剂中，然后进行溶剂热反应，得到所述磁性镧基金属有机骨架复合材料。
[0007]上述的制备方法中，所述镧盐为硝酸镧和/或氯化镧；
[0008]所述镧盐和Fe3O4中的La和Fe摩尔比为1:1～1:4；具体可为1:1、1:2、1:3或1:4。
[0009]所述镧盐中的La和对苯二甲酸的摩尔比为1:1～1:4；具体可为1:2；
[0010]所述有机溶剂为N
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N二甲基甲酰胺；
[0011]所述方法还包括Fe3O4、镧盐和对苯二甲酸加入有机溶剂进行超声溶解的步骤；
[0012]具体的，所述超声的时间为3～5min。
[0013]上述的制备方法中，所述溶剂热反应的温度为120～150℃，具体可为120～130℃；更具体为120℃；反应时间24～72h，具体可为24h。
[0014]所述溶剂热反应在聚四氟乙烯反应釜中进行。
[0015]所述方法还包括溶剂热反应后对产物进行洗涤和烘干的步骤；
[0016]具体的，所述洗涤为依次采用N
‑
N二甲基甲酰胺和乙醇进行；
[0017]所述烘干可在真空烘箱中进行；
[0018]所述烘干的温度为60～80℃，具体可为80℃；时间为12～24h，具体可为12h。
[0019]上述制备方法制备得到的磁性镧基金属有机骨架复合材料也属于本专利技术的保护范围。
[0020]本专利技术还提供了上述磁性镧基金属有机骨架复合材料对水中磷回收的应用。
[0021]上述的应用中，其所述水的pH值为3～10。
[0022]上述的应用中，所述水中可能含有Cl
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、NO3‑
、HCO3‑
、CO
32
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和SO
42
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中的至少一种。
[0023]本专利技术的有益效果如下：
[0024](1)本专利技术制备方法简单，无需高端设备，可以降低制备成本；(2)本专利技术与现有的吸附剂相比，具有吸附容量大、吸附时间快、pH适用范围广，同时可以实现固液分离的特点；(3)本专利技术可以合成具有不同磁性强度的复合材料；(4)本专利技术的磁性镧基金属有机骨架复合材料用于水中磷的吸附，其对共存阴离子的抗干扰能力强，而且可以多次再生重复使用。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1中制备的Fe3O4/La
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MOF和Fe3O4/aLa
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MOF对磷的吸附效果图。
[0026]图2为实施例1制备的Fe3O4/La
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MOF的XRD图。
[0027]图3为实施例1制备的Fe3O4/La
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MOF的SEM
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EDS图。
[0028]图4为实施例1制备的Fe3O4/La
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MOF的VSM和磁分离效果图；其中，图4中的(a)为Fe3O4/La
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MOF的VSM图；图4中的(b)为Fe3O4/La
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MOF的磁分离效果图。
[0029]图5为本专利技术实施例2中Fe3O4/La
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MOF和Fe3O4/aLa
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MOF两种复合材料的铁和镧的溶出图；其中，图5中的(a)为Fe3O4/La
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MOF的铁和镧的溶出图；图5中的(b)为Fe3O4/aLa
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MOF的铁和镧的溶出图。
[0030]图6为Fe3O4/La
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MOF对磷的吸附动力学图。
[0031]图7为Fe3O4/La
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MOF对磷的吸附等温线图。
[0032]图8为Fe3O4/La
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MOF在不同阴离子共存条件下对磷的吸附效果图。
[0033]图9为Fe3O4/La
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MOF在不同初始pH下对磷的吸附效果图。
[0034]图10为吸附
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解吸循环次数对Fe3O4/La
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MOF吸附磷的影响。
[0035]图11为不同La:Fe摩尔比下的Fe3O4/La
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MOF对磷的吸附效果图。
[0036]图12为UiO
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66和La
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MOF对磷的吸附效果对比图。
具体实施方式
[0037]下面结合具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本专利技术，而不是为了限制本专利技术的范围。
[0038]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
[0039]下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0040]实施例1、Fe3O4/La
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MOF和Fe3O4/aLa
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MOF的制备以及磷吸附性能研究。
[0041]步骤一、称量药品：称取0.0966g四氧化三铁(Fe3O4)、0.5413g六水合硝酸镧(La(NO3)3·
6H2O)以及0.415g间苯二甲酸或对苯二甲酸。
[0042]步骤二、溶解药本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性镧基金属有机骨架复合材料的制备方法，包括如下步骤：将Fe3O4、镧盐和对苯二甲酸溶于有机溶剂中，然后进行溶剂热反应，得到所述磁性镧基金属有机骨架复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述镧盐为硝酸镧和/或氯化镧；所述镧盐和Fe3O4中的La和Fe摩尔比为1:1～1:4；具体可为1:1；所述镧盐中的La和对苯二甲酸的摩尔比为1:1～1:4；所述有机溶剂为N
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N二甲基甲酰胺。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述方法还包括Fe3O4、镧盐和对苯二甲酸加入有机溶剂进行超声溶解的步骤；具体的，所述超声的时间为3～5min。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂热反应的温度为120～150℃，反应时间为24～72h。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂热反应在聚四...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敏，何琴琴，赵洪军，庞阔，姚宇琪，卢文昊，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：