一种钴掺杂铁基金属有机框架材料的制备方法及其应用技术

一种钴掺杂铁基金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取铁盐与均苯三甲酸溶解于去离子水中，搅拌溶解，得到溶液；称取钴盐溶解于去离子水中；(2)将钴盐溶解于上述溶液中，搅拌至完全溶解后，将溶液转移至反应釜中加热、反应；(3)待反应釜自然冷却，用去离子水洗涤沉淀，离心分离，将分离出的沉淀加入去离子水，搅拌，离心分离，将分离出的沉淀加入无水乙醇，搅拌，离心分离，得到的固体烘干至质量不再变化。本发明专利技术的方法可有效地对四环素进行吸附，可应用于处理含四环素废水。可应用于处理含四环素废水。可应用于处理含四环素废水。

【技术实现步骤摘要】
一种钴掺杂铁基金属有机框架材料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于材料合成和水处理
，涉及钴掺杂铁基金属有机框架材料的制备方法，以及利用钴掺杂铁基金属有机框架材料对四环素进行去除。

技术介绍

[0002]四环素是一种被广泛使用的抗生素，主要应用于畜禽、水产养殖疾病的预防和治疗，四环素无法在人体内实现完全代谢、降解，大量四环素进入到水体中，对水体造成污染，在地表水、地下水、土壤中检测到四环素的存在，生活污水中四环素的近似浓度为2.375μg/L。因此，在排入自然水体之前，必须从废水中除去四环素。而制备对四环素去除效率高的材料则成为废水治理领域需要解决的问题。
[0003]金属
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有机框架材料(MOFs)是由金属离子和有机配体在高温高压下反应形成的具有框架结构的多孔材料。MOFs材料具有比表面积大、化学、热稳定性好和孔结构可调等特性。由于这些独特的性质，金属有机框架材料在吸附、膜分离、光催化、生物传感、储存氢气等方面得到了广泛应用。MOFs有较大的孔隙率、多样的孔结构，可以作为吸附材料对染料、重金属、抗生素、持久性有机污染物进行处理。随着对于MOFs材料研究的深入，使用金属离子对MOFs进行改性，成为MOFs改性处理的一种重要方式，改性后的MOFs材料的有关性质会发生改变。可以达到金属离子和原有金属有机框架材料共同发挥活性作用的目的。
[0004]对于金属离子掺杂金属有机骨架材料(MOFs)研究，Au、Ag等在改性方面也有应用，用于提高材料的比表面积、吸附性能，而Au、Ag等价格较高，难以实际应用。以过渡金属离子对金属有机骨架材料(MOFs)进行改性，作为吸附剂，研究材料对污染物的去除效果相对较少，过渡金属离子性质独特，导电性好、加工性能好、催化性能高，并且成本低廉、来源广泛。Xiong等人(Chemical Engineering Journal,2019，374:91
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99)于2019年将镍掺杂到Fe
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53并应用于抗生素去除。然而，Co
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掺杂到Fe
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100中并应用于抗生素去除目前还没有报道,Au、Ag、Pd等贵金属反应活性较高，常作为金属离子添加到材料中对材料进行改性。而Co
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反应活性低于贵金属，Co
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掺杂到MOFs中研究较少。
[0005]因此，如何将Co
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掺杂到Fe
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100中制备金属掺杂改性金属有机框架材料，研究其对水体中存在的污染物特别是抗生素的去除性能，是值得研究的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺点，针对目前利用金属离子掺杂MOF所存在的不足，提供钴掺杂铁基金属有机框架材料的制备方法并应用其快速高效去除含四环素的废水。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术将金属离子Co
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掺杂到Fe
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100中，并应用于吸附去除水中四环素。
[0008]一种钴掺杂铁基金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)取铁盐与均苯三甲酸溶解于去离子水中，搅拌溶解，得到溶液；
[0010](2)称取钴盐并将钴盐溶解于上述溶液中，搅拌至完全溶解后，将溶液转移至反应釜中加热、反应；
[0011](3)待反应釜自然冷却，用去离子水洗涤沉淀，离心分离，将分离出的沉淀加入去离子水，搅拌，离心分离，将分离出的沉淀加入无水乙醇，搅拌，离心分离，得到的固体烘干至质量不再变化。
[0012]进一步，步骤(1)中，所述铁盐为水合硝酸铁，搅拌在室温下进行，搅拌的时间为30min～1h。
[0013]可选地，步骤(2)中，所述钴盐为水合硫酸钴，搅拌30min～1h溶解于溶液中，超声15min～30min。
[0014]可选地，步骤(2)中摩尔比Fe:Co＝7:3。
[0015]可选地，步骤(2)将溶液转移至反应釜中，158℃
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162℃加热12h
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12.5h。
[0016]可选地，步骤(3)中，所述加入去离子水，水浴温度为68℃
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72℃，磁力搅拌1.5h
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3h，离心分离，所述加入无水乙醇，水浴温度为58℃
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62℃，磁力搅拌1.5h
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3h。
[0017]可选地，步骤(3)中烘干温度为68
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72℃。
[0018]所述方法制得的钴掺杂铁基金属有机框架材料在处理抗生素污水中的应用。
[0019]可选地，所述抗生素污水为含四环素的污水。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：
[0021](1)本专利技术提供了一种Co/Fe
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100的制备方法。通过在Fe
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100制备过程中加入钴盐，整个制备过程简便，操作可行。过渡金属Co相对于Au、Ag等贵金属价格更为低廉，掺杂到金属有机框架材料中，可以改善材料的物理化学性质，提高材料的反应催化活性。在过渡金属中，钴元素分布广泛，可以耐酸碱、热稳定性较好，具有良好的催化性能。因此，将钴离子掺杂到Fe
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100中，制备成本低廉、制备简便的改性材料，研究改性材料对于抗生素的去除性能。
[0022](2)材料制备方面，Fe
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100的制备方法不止一种，本专利技术Co/Fe
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100的制备方法中不添加氢氟酸等试剂，采用水作为溶剂，制备过程更加绿色环保，Co掺杂原料为水合硫酸钴，去除污染物方面，抗生素种类较多，本专利技术选取污染物对象为四环素，分子结构性质与其他种类抗生素具有明显不同。
[0023](2)本专利技术Co/Fe
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100的制备方法所产生的Co/Fe
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100在对四环素的吸附性能上有非常明显的效果。在四环素10,20,30,40mg/L浓度条件下，吸附时间24h条件下,四环素去除效率分别为100.0％,99.39％，97.04％，98.00％。在四环素50,60mg/L浓度条件下,去除效率分别为92.80％、82.38％。Co/Fe
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100对30mg/L四环素去除率为84.83％，吸附时间3h条件下，对比例1、对比例2、对比例3对四环素去除率分别为65.58％、61.86％、67.98％。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1合成的吸附剂对溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴掺杂铁基金属有机框架材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取铁盐与均苯三甲酸溶解于去离子水中，搅拌溶解，得到溶液；(2)称取钴盐并将钴盐溶解于上述溶液中，搅拌至完全溶解后，将溶液转移至反应釜中加热、反应；(3)待反应釜自然冷却，用去离子水洗涤沉淀，离心分离，将分离出的沉淀加入去离子水，搅拌，离心分离，将分离出的沉淀加入无水乙醇，搅拌，离心分离，得到的固体烘干至质量不再变化。2.根据权利要求1所述的钴掺杂铁基金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述铁盐为水合硝酸铁，搅拌在室温下进行，搅拌的时间为30min～1h。3.根据权利要求1中所述的钴掺杂铁基金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述钴盐为水合硫酸钴，搅拌溶解于溶液中，超声15min～30min。4.根据权利要求1所述的钴掺杂铁基金属有机框架材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中摩尔比Fe:Co＝7:3。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾飞跃，孙菲菲，陈晨，张翔翔，赵东华，葛俊，朱晓明，
申请(专利权)人：中交上海航道勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：