CN108636368B - 一种MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
一种MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料及其制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种MOF‑100(Fe)/细菌纤维素复合材料及其制备方法与应用。它的制备方法,包括如下步骤:1)对细菌纤维素膜在碱混合溶液中进行活化处理,得到活化‑细菌纤维素膜;2)将步骤1)中得到的所述活化‑纤维素膜依次放入三价铁乙醇溶液和均苯三甲酸乙醇溶液中振荡反应,然后进行上述振荡反应多次,得到MOF‑100(Fe)/细菌纤维素复合膜材料,记为湿膜;3)将所述湿膜置于碱溶液中反应,然后洗涤,即得到MOF‑100(Fe)/细菌纤维素复合材料。本发明通过循环振荡法制备的MOF‑100(Fe)/细菌纤维素复合膜材料,对有机污染物双氯芬酸钠吸附效果较好,并且易于回收再循环使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料及其制备方法与应用,属于有机-无机复合材料制备领域。
背景技术
目前,药物和个人护理品(PPCPs)因其使用广泛,并且具有生物累积性、毒性及持久性,已被列为“优先控制污染物”,成为典型污染物后另一个研究焦点。处理PPCPs的技术包括物理法、生物法和化学法。其中膜分离法运行成本高;而生物法对于PPCPs的去除效果不稳定;臭氧氧化法存在投资大、处理成本高的问题;光催化法耗能较大并且反应过程中易产生多种芳香族中间体;Fenton法的pH适用范围窄(3-5)并且H2O2利用率低,Fe2+回收率低易造成二次污染。吸附法相比于其他处理方法,因其操作简单,去除效率高而越来越多地应用于PPCPs的去除中,但常用的吸附剂往往吸附容量较低且回收困难。金属有机骨架(metalorganic framework,MOF)是一种新型纳米多孔晶型材料,具有化学稳定性高、孔隙率高和比表面积大、可修饰性强的优点,对有机污染物的吸附容量往往较高,并且材料稳定,但循环性能差是限制MOF材料发展的原因之一。因此,提高MOF材料在吸附法中的的回收性能,增强材料实用性,是急需解决的问题。细菌纤维素(bacterial cellulose,BC)膜是一种高纯度的纤维素膜,通常来源于根瘤菌属、固氮菌属、醋酐菌属等菌属,主要成分为β-D-葡萄糖通过β-1,4-糖苷键结合成的直链,分子链定向排列好,结构均一,具有超高含量的纤维素、超高结晶度及三维网络状结构,作为对环境友好的负载材料之一,开始广泛应用于复合材料的制备以提高材料的回收性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料及其制备方法与应用,本发明通过循环振荡法制备的MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合膜材料,对有机污染物双氯芬酸钠吸附效果较好,并且易于回收再循环使用。
本发明提供的一种MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料的制备方法,包括如下步骤:1)对细菌纤维素膜在碱混合溶液中进行活化处理,得到活化-细菌纤维素膜;
2)将步骤1)中得到的所述活化-纤维素膜依次放入三价铁乙醇溶液和均苯三甲酸乙醇溶液中振荡反应,然后进行上述振荡反应多次,得到MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合膜材料,记为湿膜;
3)将所述湿膜置于碱溶液中反应,然后洗涤,即得到MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料。
本发明中,所述细菌纤维素是一类由微生物合成的纤维素的统称,对所述细菌纤维素的种类没有特殊限制,为常规的菌种合成的纤维素即可,如可以为醋酸菌属纤维素、土壤杆菌属纤维素、根瘤菌属纤维素等。所述细菌纤维素膜的种类没有特殊限制,为常规的细菌纤维素即可,为一般市售品。
上述的制备方法中,所述细菌纤维素膜的规格可为直径3~5厘米的圆片,具体可为3厘米的圆片;
所述碱混合溶液为氢氧化钠和双氧水的混合溶液,其中氢氧化钠的质量百分浓度可为1~5%,双氧水的质量百分浓度可为1~5‰;
所述活化的温度可为80~100℃,具体可为100℃,所述活化的时间可为12~24小时,具体可为12小时或12~20小时。
上述的制备方法中,步骤2)中还包括放入所述三价铁乙醇溶液中震荡反应后采用乙醇清洗的步骤;
所述三价铁乙醇溶液为六水合氯化铁乙醇溶液和/或九水合硝酸铁乙醇溶液;
所述三价铁乙醇溶液的浓度可为0.01~0.02mol/L,具体可为0.02mol/L;
所述均苯三甲酸乙醇溶液的浓度可为0.01~0.02mol/L,具体可为0.02mol/L;
所述三价铁乙醇溶液与所述均苯三甲酸乙醇溶液的体积比可为1:0.5~1,具体可为1:2、1:1或2:1。
上述步骤2)中,所述反应具体步骤如下:将步骤1)得到的所述活化-细菌纤维素膜置于到三价铁乙醇溶液中,并放入恒温水浴振荡器中振荡,然后将样品用乙醇清洗后加入到均苯三甲酸乙醇溶液中振荡;然后再将经上述反应的所述活化-细菌纤维素膜置于到三价铁乙醇溶液中,并放入恒温水浴振荡器中振荡,然后将样品用乙醇清洗后加入到均苯三甲酸乙醇溶液中振荡;如此循环振荡后,收集橘红色膜产品并用乙醇清洗。
上述的制备方法中,步骤2)中,所述振荡的频率可为100~120转/分钟,具体可为100转/分钟;
所述反应温度可为40~60℃,具体可为60℃;
每次所述反应时间可为15~30分钟,具体可为30分钟;
所述震荡反应的次数可为20~30次,具体可为30次。
上述的制备方法中,所述碱溶液为氢氧化钠的水溶液或氢氧化钾的水溶液;所述碱溶液的质量百分浓度可为1~3%。
上述的制备方法中,步骤3)中,所述反应的温度可为60~100℃,具体可为90℃,所述反应的时间可为1~2小时,具体可为1小时;
所述反应在搅拌条件下进行,所述搅拌的速度可为100~150转/分钟;
采用水进行所述洗涤,进行所述洗涤至pH值为6~8。
本发明中,所述洗涤采用的水为去离子水。
上述的制备方法中,步骤3)中还包括对所述MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料干燥的步骤;
所述干燥方法包括冷冻干燥法和/或真空干燥法。
上述的制备方法中,当采用所述真空干燥时,具体干燥步骤如下:将所述MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料放入真空干燥箱中,在温度可为20~40℃的真空环境下,干燥6~12小时;具体可在25℃进行干燥处理12小时。
本发明还提供了上述的制备方法制备得到的所述MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料。
本发明所述MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料应用于去除水体中有机污染物中。
上述应用中,所述有机污染物为难降解污染物;所述难降解污染物包括药品和/或个人护理品;所述有机污染物具体包括双氯芬酸钠。
本发明具有以下优点:
本发明采用“循环振荡法”制备了MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合膜材料,使得MOF-100(Fe)均匀包裹在细菌纤维素膜表面,提高了MOF材料循环使用能力。通过细菌纤维素的负载,复合膜材料使用中也具有环境友好型、经济型等优点,对于自然水体环境中的PPCPs如双氯芬酸钠等具有良好的去除效果,并且便于回收,对处理水体中有机污染物具有极其重要的价值与意义。
附图说明
图1为本发明制备的MOF-100(Fe)/细菌纤维素膜复合材料的实物图。
图2为本发明制备的MOF-100(Fe)/细菌纤维素膜复合材料的扫描电镜(SEM)图。
图3为本发明制备的MOF-100(Fe)/细菌纤维素膜复合材料与细菌纤维素膜材料吸附双氯芬酸钠的效果对比图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
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。
下列实施例中,所用六水合氯化铁购于国药集团化学试剂有限公司,均苯三甲酸购于麦克林生化科技有限公司,细菌纤维素膜购于海南椰果食品有限公司,双氯芬酸钠购于阿拉丁生化科技股份有限公司。
实施例1、
1)将细菌纤维素膜切成直径为3厘米的圆片,放置于100毫升的质量百分浓度为1%的氢氧化钠和1‰的双氧水混合溶液中,在100℃下加热搅拌12小时,得到活化-细菌纤维素膜。
2)将得到的活化-细菌纤维素膜置于8毫升的0.02摩尔/升的三价铁乙醇溶液中,并放入60℃恒温水浴振荡器中振荡30分钟,振荡频率为100转/分钟。然后将材料取出,用乙醇清洗后加入到8毫升的0.02摩尔/升的均苯三甲酸乙醇溶液中,在同样温度下振荡30分钟。如此循环30次后,收集橘红色膜产品并用乙醇清洗。
3)将步骤2)制备得到的材料放入质量百分浓度为1%的氢氧化钠碱溶液中90℃加热搅拌1小时后,之后在去离子水中清洗搅拌至复合膜材料呈中性。最后把制备得到的复合膜材料放入真空干燥仪中25℃进行干燥处理12小时,得MOF-100(Fe)/细菌纤维素膜复合材料。其实物如图1所示,扫描电镜(SEM)图如图2所示。
从图1可以看出,本发明MOF-100(Fe)/细菌纤维素膜复合材料表面具有明显的橘红色,为MOF-100(Fe)物质。从图2可以看出MOF-100(Fe)/细菌纤维素膜复合材料的三维网状结构,同时膜表面有明显的包裹结构,为MOF-100(Fe)包裹在细菌纤维素膜丝上。
实施例2、
选择双氯芬酸钠作为模型污染物。室温下,准确称取一定质量的双氯芬酸钠,配制成浓度为80毫克/升的双氯芬酸钠溶液,量取250毫升溶液放入1升锥形瓶中,加入0.05克的本发明实施例1制备的MOF-100(Fe)/细菌纤维素膜吸附剂,放入25℃的恒温培养箱中以100转/分的速度振荡,并在时间为0、60、120、180、240、330、390、600、1440分钟时取样。通过高效液相色谱仪(HPLC)测定溶液中初始双氯芬酸钠的浓度和剩余双氯芬酸钠的浓度,得到去除率。另准确量取250毫升双氯芬酸钠溶液放入1升锥形瓶中,加入0.05克的同样规格的细菌纤维素膜置于上述溶液中,作为空白对照组。实验进行多次并对结果取平均值,结果如图2所示。
从图2可以看出,细菌纤维素膜对双氯芬酸钠的去除几乎没有效果,但本发明MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合膜材料对双氯芬酸钠的去除率能达到40%以上,具有明显的优势,并且具有方便回收的特性。
实施例3、
1)将细菌纤维素膜切成直径为3厘米的圆片,放置于100毫升的质量百分浓度为1%的氢氧化钠和1‰的双氧水混合溶液中,在100℃下加热搅拌12小时,得到活化-细菌纤维素膜。
2)将得到的活化-细菌纤维素膜置于8毫升的0.02摩尔/升的三价铁乙醇溶液中,并放入60℃恒温水浴振荡器中振荡30分钟,振荡频率为100转/分钟。然后将材料取出,用乙醇清洗后加入到16毫升的0.02摩尔/升的均苯三甲酸乙醇溶液中,在同样温度下振荡30分钟。如此循环30次后,收集橘红色膜产品并用乙醇清洗。
3)将步骤2)制备得到的材料放入质量百分浓度为1%的氢氧化钠碱溶液中90℃加热搅拌1小时后,之后在去离子水中清洗搅拌至复合膜材料呈中性。最后把制备得到的复合膜材料放入真空干燥仪中25℃进行干燥处理12小时,得MOF-100(Fe)/细菌纤维素膜复合材料。
Claims (8)
1.一种MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料的制备方法,包括如下步骤:1)对细菌纤维素膜在碱混合溶液中进行活化处理,得到活化-细菌纤维素膜;
2)将步骤1)中得到的所述活化-纤维素膜依次放入三价铁乙醇溶液和均苯三甲酸乙醇溶液中振荡反应,然后进行上述振荡反应多次,得到MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合膜材料,记为湿膜;
步骤2)中还包括放入所述三价铁乙醇溶液中震荡反应后采用乙醇清洗的步骤;
所述三价铁乙醇溶液为六水合氯化铁乙醇溶液和/或九水合硝酸铁乙醇溶液;
所述三价铁乙醇溶液的浓度为0.01~0.02mol/L;
所述均苯三甲酸乙醇溶液的浓度为0.01~0.02mol/L;
所述三价铁乙醇溶液与所述均苯三甲酸乙醇溶液的体积比为1:0.5~1;
步骤2)中,所述振荡的频率为100~120转/分钟;
所述反应温度为40~60℃;
每次所述反应时间为15~30分钟;
所述振荡反应的次数为20~30次;
3)将所述湿膜置于碱溶液中反应,然后洗涤,即得到MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述细菌纤维素膜的规格为直径3~5厘米的圆片;
所述碱混合溶液为氢氧化钠和双氧水的混合溶液,其中氢氧化钠的质量百分浓度为1~5%,双氧水的质量百分浓度为1~5‰;
所述活化的温度为80~100℃,所述活化的时间为12~24小时。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:所述碱溶液为氢氧化钠的水溶液或氢氧化钾的水溶液;所述碱溶液的质量百分浓度为1~3%。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:步骤3)中,所述反应的温度为60~100℃,所述反应的时间为1~2小时;
所述反应在搅拌条件下进行,所述搅拌的速度为100~150转/分钟;
采用水进行所述洗涤,进行所述洗涤至pH值为6~8。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:步骤3)中还包括对所述MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料干燥的步骤;
所述干燥方法包括冷冻干燥法和/或真空干燥法。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于:当采用所述真空干燥时,具体干燥步骤如下:将所述MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料放入真空干燥箱中,在温度为20~40℃的真空环境下,干燥6~12小时。
7.权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备得到的所述MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料。
8.权利要求7所述MOF-100(Fe)/细菌纤维素复合材料在去除水体中有机污染物中的应用。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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