一种锌基MOFs材料的制备方法及其吸附水中重金属的应用技术

本发明专利技术公开了一种锌基MOFs材料的制备方法及其吸附水中重金属的应用。本发明专利技术的锌基MOFs材料是将锌盐、有机配体溶解于水中制备而成，具有比表面积大和活性位点多等优点，可快速吸附去除水中重金属，具有高的吸附容量，对于Cu(II)、Hg(II)和Pb(II)的吸附容量可达到4000mg/g以上。此外，本发明专利技术所提供的制备方法简单，制备过程溶剂为水降低了有毒有害的有机溶剂的使用，可快速高效吸附去除水中重金属，在重金属污染治理方面具有广阔的应用前景。在重金属污染治理方面具有广阔的应用前景。在重金属污染治理方面具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种锌基MOFs材料的制备方法及其吸附水中重金属的应用


[0001]本专利技术公开了一种锌基MOFs材料的制备方法及其吸附水中重金属的应用，属于水处理材料制备的


技术介绍

[0002]近年来，重金属污染愈发严重，已然成为一个全球性的问题。重金属难以被生物降解，却可以通过食物链在生物体内富集，最终进入人体，危害人体健康。因此，去除重金属对于保障人类生命健康具有重要意义。
[0003]目前，常见的去除重金属的方法有化学沉淀、离子交换、电化学反应和吸附等，其中吸附是最为经济、有效的方法之一。金属有机骨架(MOFs)因具有孔隙率高、比表面积大、易于调控和修饰等特点，而成为具有巨大去除重金属潜力的吸附剂之一。
[0004]其中，ZIFs
‑
8由作为金属源的Zn与作为有机配体的2
‑
甲基咪唑在甲醇或N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)中反应生成的，因热稳定性高、化学耐受性优异，且对水中的重金属离子如(铅、汞)具有良好的吸附性能，而受到越来越多的关注。但是，ZIFs
‑
8仍然存在一些缺点：(1)所用溶剂是有机溶剂，使用过量或有毒有机溶剂对环境存在潜在污染；(2)吸附性能有待提高。因此，本专利技术选择易溶于水等绿色溶剂的、含有更多与重金属结合的官能团(如氨基)的软氮供体作为配体，并使用水等绿色溶剂替代有毒有机溶剂制备锌基MOFs材料，用于吸附去除水中重金属。这种锌基MOFs材料可快速高效吸附去除水中重金属，在水处理领域和环境保护领域都具有重大意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可快速高效吸附去除水中重金属的锌基MOFs材料，该锌基MOFs材料制备方法简单，制备过程溶剂为水降低了有毒有害的有机溶剂的使用，可快速高效吸附去除水中重金属。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]一种锌基MOFs材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008](1)将有机配体溶解在水中，得到有机配体水溶液；
[0009](2)将可溶性锌盐溶解在水中，得到含有锌离子的可溶性盐水溶液；
[0010](3)将步骤(2)所述含有锌离子的可溶性盐水溶液与步骤(1)得到的有机配体水溶液混合，室温搅拌一定时间，反应结束后，将产物离心、过滤，干燥，得到所述的锌基MOFs材料。
[0011]进一步地，上述技术方案，所述步骤(1)中，有机配体为2,4,6
‑
三氨基嘧啶。
[0012]进一步地，上述技术方案，所述步骤(2)中，可溶性锌盐为硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌、氯化锌中的一种或多种。
[0013]进一步地，上述技术方案，所述可溶性锌盐和有机配体的摩尔比为1:1～6。
[0014]进一步地，上述技术方案，所述步骤(3)中，可溶性锌盐水溶液和有机配体水溶液
搅拌时间为30min～24h。
[0015]将本专利技术制得的锌基MOFs材料用于去除水中重金属Cu(II)、Hg(II)或Pb(II)的用途。
[0016]本专利技术的优点在于：
[0017](1)使用水等绿色溶剂替代有毒有机溶剂制备了锌基MOFs材料，制备方法简单，降低了有机溶剂的污染；
[0018](2)所制备的锌基MOFs材料，采用2,4,6
‑
三氨基嘧啶作为有机配体，引入了大量的含氮官能团，增加了活性吸附位点，提高了对于重金属的吸附性能。
附图说明
[0019]图1为本专利技术实施例1制备的锌基MOFs材料的傅里叶红外光谱图；
[0020]图2为本专利技术实施例1制备的锌基MOFs材料的场发射扫描电镜图；
[0021]图3为本专利技术实施例1制备的锌基MOFs材料在不同吸附时间对(a)Cu(II)、(b)Hg(II)和(c)Pb(II)吸附容量的变化关系图；
[0022]图4为本专利技术实施例1制备的锌基MOFs材料在不同(a)Cu(II)、(b)Hg(II)和(c)Pb(II)平衡浓度对重金属吸附容量的变化关系图。
具体实施方式
[0023]为更好地理解本专利技术，以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0024]实施例1：
[0025]一种锌基MOFs材料的制备方法，步骤如下：
[0026](1)将4mmol的2,4,6
‑
三氨基嘧啶作为有机配体溶解在水中，得到有机配体水溶液；
[0027](2)将1mmol的可溶性锌盐溶解在水中，得到含有锌离子的可溶性盐水溶液；
[0028](3)将步骤(2)所述含有锌离子的可溶性盐水溶液与步骤(1)得到的有机配体水溶液混合，室温搅拌30min～24h，反应结束后，将产物离心、过滤，干燥，得到所述的锌基MOFs材料。
[0029]图1为本专利技术实施例1制备的锌基MOFs材料的傅里叶红外光谱图，根据图1可以发现，对于2,4,6
‑
三氨基嘧啶，位于3447cm
‑1的宽吸收带归因于
‑
NH2的伸缩振动，1584cm
‑1的峰对应于C＝N的伸缩振动；对于锌基MOFs，除了具有3447cm
‑1处的
‑
NH2特征峰和1584cm
‑1处的C＝N特征峰，还具有位于420cm
‑1的Zn
‑
N特征峰，说明成功合成了锌基MOFs。
[0030]图2为本专利技术实施例1制备的锌基MOFs材料的场发射扫描电镜图，从图2可以看到，所制备的锌基MOFs呈现纳米花状，可暴露更多的活性吸附位点，提高吸附性能。
[0031]本应用实例是有关实施例1制得的锌基MOFs材料作为吸附剂在不同吸附时间对重金属吸附效果的研究。
[0032]配制100mg/L的重金属离子溶液，加入吸附剂使得吸附剂含量为1mg/mL，然后在25℃下振荡，每隔一段时间，取出水溶液，收集水溶液，使用ICP
‑
MS测定，计算得到一定时间下的吸附容量Q
t
，具体结果如图3所示：随着吸附时间的延长，Cu(II)、Hg(II)和Pb(II)的吸附容量在短时间内急剧增加，并最终放慢逐渐达到平衡；对于Hg(II)和Pb(II)，5min即可达到
吸附平衡；对于Cu(II)，20min达到吸附平衡。
[0033]本应用实例是有关实施例1制得的锌基MOFs材料作为吸附剂在不同重金属初始浓度对重金属吸附效果的研究。
[0034]配制不同初始浓度(1～10000mg/L)的重金属离子溶液，将20mg吸附剂加入到20mL的样品溶液中，然后在25℃下振荡一定时间，收集水溶液，使用ICP
‑
MS测定，计算平衡吸附容量Q
e
。采用Langmuir模型(方程为)、Freundlich模型(方程为)对吸附剂吸附去除重金属的吸附等温线进行解析，其中，Q
e
和Q
m
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锌基MOFs材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将有机配体溶解在水中，得到有机配体水溶液；(2)将可溶性锌盐溶解在水中，得到含有锌离子的可溶性盐水溶液；(3)将步骤(2)所得含有锌离子的可溶性盐水溶液与步骤(1)得到的有机配体水溶液混合，室温搅拌一定时间，反应结束后，将产物离心、过滤，干燥，得到锌基MOFs材料。2.根据权利要求1所述一种锌基MOFs材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述有机配体为2,4,6
‑
三氨基嘧啶。3.根据权利要求1所述一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，邵志颖，袁瑞霜，范存豪，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：