CN103100373A - 一种吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种吸附剂及其制备方法和应用。本发明的技术方案要点为：一种吸附剂，是通过将4,4′,4′′-s-三嗪-1,3,5-三-对氨基苯甲酸和Cu(NO3)2·3H2O在溶剂中于室温下混合均匀而制得的Cu-TATAB纳米配合物。本发明还公开了该吸附剂Cu-TATAB纳米配合物的制备方法和在废水处理中的应用。本发明吸附剂的制备方法简便易操作，不需要高温高压的合成条件，制备的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物可以有效地去除水中的有机染料和重金属离子污染物，并且吸附剂具有循环可再生使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及水污染处理技术领域，具体涉及一种对废水中的机染料和重金属离子污染物具有较强吸附性的吸附剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业的不断发展，日益突出的水污染已经成为威胁人们正常生活和阻碍社会经济发展的严重问题。废水中的毒性物质种类众多，尤其是各种有机染料以及重金属离子，严重危害着人们的生命健康，并且这类污染物很难通过自我降解消除。目前，用于废水处理的方式主要有膜分离法、投加凝絮剂、电化学方法、空气氧化法和生物处理法等物理和化学方法，其中通过加入吸附剂进行吸附处理的吸附法具有操作费用少、能量和原料消耗低等优点，成为废水处理的首选方法。
传统的用于废水处理的吸附剂主要有硅藻土、焦炭、活性炭、纤维素、活性氧化铝、硅凝胶、树脂及沸石等，但这些吸附剂普遍存在吸附容量低、无选择性或再生困难等问题，因此，研究人员一直致力于寻找可高效进行废水处理的新型材料。
金属-有机骨架材料是一类由金属离子与多齿有机配体组装形成的具有规则孔道结构的配位聚合物。通过不同的金属离子、不同的有机配体的选择，可以“组装”得到不同的二级结构单元，形成具有不同大小的微/纳米尺度、不同孔道结构、具有超大的比表面积和孔隙率及小的固体密度的杂化材料，可应用于气体储存、吸附分离、光电催化、离子交换、生物标记和分子识别等领域。将金属-有机骨架材料应用于水溶液中有机染料和重金属离子的吸附，利用其所具有的不同结构走向、不同尺寸大小的孔道结构，可有效地吸附溶液中的染料分子和重金属离子，并由于其所具有的其它吸附剂所不可比拟的孔道可调性，还可用于不同染料分子、不同重金属离子的选择性吸附及分离。结合纳米材料的大的比表面积所赋予的优良吸附性能，纳米级的金属-有机骨架材料具有更优良高效的吸附性能。
因此，提供一种纳米级的金属-有机骨架材料作为有机染料和重金属离子吸附剂的制备方法非常必要。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种对废水中有机染料和重金属离子具有较高吸附率的吸附剂。
本发明解决的另一个技术问题是提供了一种吸附剂的制备方法，该制备方法简便易操作，制备的吸附剂易循环回收，吸附有机染料及重金属离子快速高效。
本发明还解决的技术问题是提供了该种吸附剂在含有机染料与重金属离子废水处理中的应用。
本发明的技术方案是：一种吸附剂，其特征在于：所述的吸附剂是通过将4,4′,4′′-s-三嗪-1,3,5-三-对氨基苯甲酸（以下表示为H3TATAB）和Cu(NO3)2·3H2O在溶剂中于室温下混合均匀而制得的Cu-TATAB纳米配合物。
本发明所述的吸附剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：首先将H3TATAB和Cu(NO3)2·3H2O在溶剂中于室温下搅拌混合均匀，然后向上述溶液中加入双氧水，搅拌混合均匀，静置制得吸附剂Cu-TATAB纳米配合物。
本发明所述的H3TATAB和Cu(NO3)2·3H2O的物质的量之比为n（H3TATAB）：n（Cu(NO3)2·3H2O）=1:2-6。
本发明所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。本发明所述的搅拌混合时间为5-10min。本发明所述的双氧水中过氧化氢的质量浓度为30%。
本发明所述的吸附剂在废水处理中的应用。
本发明所述的吸附剂在含有机染料和重金属离子废水处理中的应用。本发明所述的有机染料为亚甲基蓝、罗丹明B、玫瑰红、龙胆紫、孔雀石绿、橙黄、酸蓝、胭脂红、碱性品红、甲基橙、结晶紫和亚甲基绿中的至少一种。本发明所述的重金属离子为Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cr3+和Hg2+中的至少一种。
与现有技术相比，本发明首先将金属盐与有机配体反应，然后加入双氧水，得到Cu-TATAB纳米配合物，即为有机染料和重金属离子吸附剂。制备方法简便易操作，不需要高温高压的合成条件。实验结果表明，本发明制备的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物可以有效地去除水中的有机染料和重金属离子污染物，并且吸附剂具有循环可再生使用性能。
本发明具有以下有益效果：（1）、吸附剂对阳离子染料的吸附表现出了吸附速度快、吸附容量大等突出优点；（2）、该制备方法是一种成本低，操作简单的生产工艺，条件温和，环境友好。总之，本发明具有环境友好，制备过程简单，创新性强，实用性强等优点。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物的扫描电镜图；
图2是本发明实施例1制备的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物的X射线衍射图谱；
图3是本发明实施例1制备的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物对有机染料的吸附效率图；
图4是本发明实施例1制备的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物对有机染料的吸附容量图；
图5是本发明实施例1制备的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物对重金属离子的吸附容量图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
吸附剂Cu-TATAB纳米配合物的制备：
称取194.4mg 4,4′,4′′-s-三嗪-1,3,5-三-对氨基苯甲酸和483.2mg Cu(NO3)2·3H2O溶解在10mLN,N-二甲基甲酰胺中，搅拌6min，然后逐滴加入0.2mL质量浓度为30%的双氧水，搅拌8min，室温下静置12h，得到浅绿色粉末状吸附剂Cu-TATAB纳米配合物。
图1为本实施例制备的吸附剂的扫描电镜图，是平均粒度为196nm的纤维组成的网状结构。图2为本实施例制备的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物的粉末X射线衍射图谱，该图谱中衍射峰与Cu-TATAB的衍射数据对应。
实施例2
吸附剂Cu-TATAB纳米配合物的制备：
称取243.2mg 4,4′,4′′-s-三嗪-1,3,5-三-对氨基苯甲酸和241.6mg Cu(NO3)2·3H2O溶解在10mLN,N-二甲基甲酰胺中，搅拌5min，然后逐滴加入0.2mL质量浓度为30%的双氧水，搅拌10min，室温下静置12h，得到浅绿色粉末状吸附剂Cu-TATAB纳米配合物。
实施例3
吸附剂Cu-TATAB纳米配合物的制备：
称取194.4mg 4,4′,4′′-s-三嗪-1,3,5-三-对氨基苯甲酸和579.8mg Cu(NO3)2·3H2O溶解在10mLN,N-二甲基甲酰胺中，搅拌10min，然后逐滴加入0.2mL质量浓度为30%的双氧水，搅拌5min，室温下静置12h，得到浅绿色粉末状吸附剂Cu-TATAB纳米配合物。
实施例4
检测实施例1制备的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物对亚甲基蓝的吸附-解附作用：
将实施例1制备的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物与亚甲基蓝水溶液混合，超声，经一定时间后滤膜过滤，所得固体即为吸附过染料的吸附剂。将此吸附过染料的吸附剂置于碱性水溶液中浸泡数小时，超滤分离，得固体，经XRD及拉曼光谱检测，已不含染料分子，说明解吸附成功，可以实现吸附剂的循环再利用。
实施例5
首先取5个已洗净的玻璃小瓶，分别配置浓度为50mg/L的亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RB)、龙胆紫(GV)、孔雀石绿MG)、碱性品红(FB)等五种有机染料，向其中分别加入5mg的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物。数分钟后，可观察到吸附剂的瓶子里染料的颜色完全褪去，变成澄清透明的无污染的水。图3为实施例1中所制吸附剂Cu-TATAB纳米配合物应用于上述5种染料的吸附效率图，即在浓度为50mg/L的亚甲基蓝、罗丹明B、龙胆紫、碱性品红、孔雀石绿等五种有机染料的溶液中，各加入5mg所制得的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物，10min后吸附率分别达到97.7%、93.3%、99.2%、99.8%和99.4%。图4为实施例1中所制吸附剂Cu-TATAB纳米配合物应用于上述5种染料的吸附容量图，分别为244.5mg /g（染料MB/吸附剂）、62.11mg /g（染料RB/吸附剂）、99.6mg /g（染料GV/吸附剂）、249.2mg /g（染料MG/吸附剂）和124.2mg /g（染料FB/吸附剂）。
实施例6
首先取3个已洗净的玻璃小瓶，分别配置浓度为50mg/L的Pb2+、Ni2+和Cd2+水溶液，向其中分别加入5mg的吸附剂Cu-TATAB纳米配合物。数分钟后，取溶液测其中离子浓度，可检测到离子浓度大大下降。图5为实施例1中所制吸附剂Cu-TATAB纳米配合物应用于上述3种重金属离子溶液的吸附容量图，分别为187.7mg /g（Pb2+/吸附剂）、159.8mg /g（Ni2+/吸附剂）、99.6mg /g（Cd2+/吸附剂）。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种吸附剂，其特征在于：所述的吸附剂是通过将H3TATAB和Cu(NO3)2·3H2O在溶剂中于室温下混合均匀而制得的Cu-TATAB纳米配合物。
2.一种权利要求1所述的吸附剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：首先将H3TATAB和Cu(NO3)2·3H2O在溶剂中于室温下搅拌混合均匀，然后向上述溶液中加入双氧水，搅拌混合均匀，静置制得吸附剂Cu-TATAB纳米配合物。
3. 根据权利要求2所述的吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的H3TATAB和Cu(NO3)2·3H2O的物质的量之比为n（H3TATAB）：n（Cu(NO3)2·3H2O）=1:2-6。
4. 根据权利要求2所述的吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。
5. 根据权利要求2所述的吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的搅拌混合时间为5-10min。
6. 根据权利要求2所述的吸附剂的制备方法，其特征在于：所述的双氧水中过氧化氢的质量浓度为30%。
7.权利要求1所述的吸附剂在废水处理中的应用。
8. 权利要求1所述的吸附剂在含有机染料和重金属离子废水处理中的应用。
9. 根据权利要求8所述的吸附剂在含有机染料和重金属离子废水处理中的应用，其特征在于：所述的有机染料为亚甲基蓝、罗丹明B、玫瑰红、龙胆紫、孔雀石绿、橙黄、酸蓝、胭脂红、碱性品红、甲基橙、结晶紫和亚甲基绿中的至少一种。
10. 根据权利要求8所述的吸附剂在含有机染料和重金属离子废水处理中的应用，其特征在于：所述的重金属离子为Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cr3+和Hg2+中的至少一种。
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