CN112642402A - 一种去除污水中磷酸盐的mof-c复合材料的制备方法 - Google Patents

一种去除污水中磷酸盐的mof-c复合材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112642402A
CN112642402A CN202110029242.3A CN202110029242A CN112642402A CN 112642402 A CN112642402 A CN 112642402A CN 202110029242 A CN202110029242 A CN 202110029242A CN 112642402 A CN112642402 A CN 112642402A
Authority
CN
China
Prior art keywords
scnt
rgo
composite material
solution
preparation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110029242.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王艺霏
李贝贝
杨景素
祁梓原
尚雅鑫
彭永臻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN202110029242.3A priority Critical patent/CN112642402A/zh
Publication of CN112642402A publication Critical patent/CN112642402A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B01J20/223—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material containing metals, e.g. organo-metallic compounds, coordination complexes
    • B01J20/226—Coordination polymers, e.g. metal-organic frameworks [MOF], zeolitic imidazolate frameworks [ZIF]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C02F1/285—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using synthetic organic sorbents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2101/00—Nature of the contaminant
    • C02F2101/10—Inorganic compounds
    • C02F2101/105—Phosphorus compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02—Temperature

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Water Treatment By Sorption (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

一种去除污水中磷酸盐的MOF‑C复合材料的制备方法涉及实现高效去除污水中磷酸盐的复合材料制备领域。ZIF8‑SCNT和ZIF8‑rGO纳米复合材料的制备步骤包括：1)在甲醇中加入不同量的SCNT/rGO和甲基咪唑(MIM)，搅拌后，再将混合物超声搅拌30‑40min，使溶液均匀。2)将一定量的Zn(NO3)2·6H2O分散到甲醇中，搅拌10‑15min，混合得到Zn(NO3)2溶液，其中Zn和由SCNT/rGO提供的‑OH摩尔比为1:1‑1:6，Zn和MIM的质量浓度比为1:2‑1:6。3)将上述溶液加入到1)中制备的混合溶液中，然后将混合物倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，90℃保持6‑7h。4)将溶液混合后过滤，并在90℃的温度下真空干燥2‑3h，得到复合材料成品。

Description

一种去除污水中磷酸盐的MOF-C复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及污水处理材料的制备。具体的说，尤其涉及实现高效去除污水中磷酸盐的复合材料制备。
背景技术
近年来，人们使用了多种方法从水中去除磷酸盐，虽然也取得了一定的成效，但是大多数的磷酸盐出水浓度不能满足日益严格的磷酸盐排放标准。因此，设计新型材料，开发高效的磷酸盐处理工艺流程是目前含磷废水净化技术的一个重要课题。金属-有机框架(MOF)因其在污染物吸附、化学催化、储能和环境修复等方面的各种潜在应用而备受关注。但是单独MOF材料在水处理过程中存在很多缺陷，而金属-有机框架(MOF)与碳基纳米材料的结合，因其高效、可重复使用和多功能的特点而成为研究热点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去除污水中磷酸盐的MOF-C复合材料的制备方法。为含磷废水处理提供一种全新复合材料。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种去除污水中磷酸盐的MOF-C复合材料的制备，是通过改变由ZIF8提供的Zn和由SCNT/rGO提供的-OH的摩尔比，优化复合纳米材料结构，制备水稳定性的ZIF8-SCNT和ZIF8-rGO纳米复合物。
1.一种去除污水中磷酸盐的MOF-C复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
1)在甲醇中加入SCNT/rGO和甲基咪唑(MIM)，搅拌后，超声搅拌30-40min，使混合溶液混合均匀；/表示二者之一；
2)将Zn(NO3)2·6H2O分散到甲醇中，搅拌10-15min，混合得到Zn(NO3)2溶液；
3)将Zn(NO3)2溶液加入到1)制备的混合溶液中，然后将混合物倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，90℃保持6-7h；
4)过滤3)，并在90℃的温度下真空干燥2-3h，得到复合材料成品；其中Zn和由SCNT/rGO提供的-OH摩尔比为1:1-1:6，Zn和MIM的质量浓度比为1:2-1:6；
2.进一步，原料包括羟基质量百分比为6.0-10.0％，且氧原子质量百分数为3.0-5.0％的单壁碳纳米管(SCNT)和氧原子质量百分数为1.0-2.0％的还原氧化石墨烯(rGO)。
3.进一步，Zn和由SCNT提供的-OH摩尔比为1:2。
4.进一步，Zn和由rGO提供的-OH摩尔比为1:2。
所述实现高效去除污水中磷酸盐的MOF-C复合材料的制备，其特征在于：在制备的纳米复合物中，由ZIF8提供的Zn和由SCNT/rGO提供的-OH摩尔比为1:2时，磷酸盐的去除率最大，这是因为优化的的Zn和-OH的摩尔比增强了Zn-O-P的相互作用和氢键相互作用。此外，由于磷酸盐-还原氧化石墨烯的静电斥力小于磷酸盐-单壁碳纳米管，使得ZIF8-rGO的磷酸盐吸附能力高于ZIF8-SCNT。这些结果将有助于开发具有多种功能、低成本和高效益的MOF-C复合材料，用于环境修复。
本发明具有如下优点：
首先，本发明制备的实现去除污水中磷酸盐的纳米复合材料的原料易得，制备方法简单且容易实施。制备得到的MOF-C复合材料与单独MOF材料相比，具有更大的表面积和更高的水稳定性。
其次，本发明制备的MOF-C纳米复合材料对磷酸盐的吸附能力高于原始MOF材料，这是由于纳米复合材料与磷酸盐之间的相互作用更强或吸附结合能更高。
最后，本发明所制备的实现去除污水中磷酸盐的纳米复合材料中，特别以由ZIF8提供的Zn和由SCNT/rGO提供的-OH摩尔比为1:2时，在中性条件下可以达到较强的磷酸盐去除效率(92.5-100％)，在有效去除污水中的磷酸盐方面具有很大的前景。
附图说明
图1(a)SCNT，(b)ZIF8-SCNT，(c)rGO，(d)ZIF8-rGO的SEM图像。
图2(a)ZIF8-SCNT和(b)ZIF8-rGO在25℃、35℃和45℃下对磷酸盐的吸附等温线。吸附剂用量＝1g L-1，pH＝7。
图3(a)ZIF8-SCNT和(b)ZIF8-rGO对二级出水(SW)和短程硝化反硝化出水(PND)的磷酸盐去除率及其剩余磷浓度。SW浓度＝0.98mg L-1，PND浓度＝5.93mg L-1，pH＝7，吸附剂用量＝1g L-1，温度＝30℃。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进行说明。
实施案例1
首先采用如下步骤制备该新型纳米复合材料：
1)在20ml甲醇中加入40mg的SCNT和4mmol MIM，搅拌后，再将混合物超声搅拌30min，使溶液均匀。
2)将1mmol的Zn(NO3)2·6H2O分散到20ml甲醇中，搅拌10min，得到Zn(NO3)2溶液。
3)将Zn(NO3)2溶液加入1)中制备的混合溶液中，将混合物倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，90℃保持6h。
4)将溶液混合后过滤，并在90℃的温度下真空干燥2h，得到复合材料ZIF8-SCNT成品。
5)制备得到的纳米复合材料中，由ZIF8提供的Zn和由SCNT提供的-OH摩尔比为1:2。
其次，对所制备的纳米复合材料的形貌进行表征。通过加速电压为10keV的发射扫描电子显微镜(SEM)进行表征。从表征结果可以看出，在纳米复合材料中观察到菱形十二面体晶体出现。ZIF8的锌原子与SCNT上环氧官能团形成的化学键，以及ZIF8与SCNT芳环之间的π-π相互作用都促进了ZIF8-SCNT纳米复合材料的形成。表征结果见图1。
实施案例2
首先，采用如下步骤制备该新型纳米复合材料：
1)在20ml甲醇中加入20mg的rGO和4mmol MIM，搅拌后，再将混合物超声搅拌30min，使溶液均匀。
2)将1mmol的Zn(NO3)2·6H2O分散到20ml甲醇中，搅拌10min，得到Zn(NO3)2溶液。
3)将Zn(NO3)2溶液加入1)中制备的混合溶液中，将混合物倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，90℃保持6h。
4)将溶液混合后过滤，并在90℃的温度下真空干燥2h，得到复合材料ZIF8-rGO成品。
5)制备得到的纳米复合材料中，由ZIF8提供的Zn和由rGO提供的-OH摩尔比为1:2。
其次，对所制备的纳米复合材料的形貌进行表征。通过加速电压为10keV的发射扫描电子显微镜(SEM)进行表征。从表征结果可以看出，在纳米复合材料中观察到菱形十二面体晶体出现。ZIF8的锌原子与rGO上环氧官能团的化学相互作用，以及ZIF8与rGO芳环之间的π-π相互作用都促进了ZIF8-rGO纳米复合膜的形成。表征结果见图1。
实施案例3
1)在20ml甲醇中加入40mg的SCNT和4mmol MIM，搅拌后，再将混合物超声搅拌30min，使溶液均匀。
2)将1mmol的Zn(NO3)2·6H2O分散到20ml甲醇中，搅拌10min，得到Zn(NO3)2溶液。
3)将Zn(NO3)2溶液加入1)中制备的混合溶液中，将混合物倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，90℃保持6h。
4)将溶液混合后过滤，并在90℃的温度下真空干燥2h，得到复合材料成品ZIF8-SCNT。
5)利用该ZIF8-SCNT复合材料作为吸附剂进行吸附实验，可知随着温度的升高，吸附材料对磷酸盐的吸附容量增大，说明可在实际应用中通过适当提高温度，提高磷酸盐的去除效率。
在吸附剂用量＝1g L-1，温度＝30℃的条件下，测定该ZIF8-SCNT复合材料对污水中磷酸盐的去除能力，结果表明，SW和PND中磷酸盐去除率分别为100和92.5％。磷酸盐残留浓度分别为0和0.4mg L-1。
实施案例4
1)在20ml甲醇中加入20mg的rGO和4mmol MIM，搅拌后，再将混合物超声搅拌30min，使溶液均匀。
2)将1mmol的Zn(NO3)2·6H2O分散到20ml甲醇中，搅拌10min，得到Zn(NO3)2溶液。
3)将Zn(NO3)2溶液加入1)中制备的混合溶液中，将混合物倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，90℃保持6h。
4)将溶液混合后过滤，并在90℃的温度下真空干燥2h，得到复合材料成品ZIF8-rGO。
5)利用该ZIF8-rGO复合材料作为吸附剂进行吸附实验，可知随着温度的升高，吸附材料对磷酸盐的吸附容量增大，说明可在实际应用中通过适当提高温度，提高磷酸盐的去除效率。
在吸附剂用量＝1g L-1，温度＝30℃的条件下，测定该ZIF8-rGO复合材料对污水中磷酸盐的去除能力，结果表明，SW和PND中磷酸盐去除率分别为100和94.2％。磷酸盐残留量分别为0和0.3mg L-1。

Claims (4)

1.一种去除污水中磷酸盐的MOF-C复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
1)在甲醇中加入单壁碳纳米管(SCNT)/还原氧化石墨烯(rGO)和甲基咪唑(MIM)，搅拌后，再将混合物超声搅拌30-40min，使溶液均匀；/表示二者之一；
2)将Zn(NO3)2·6H2O分散到甲醇中，搅拌10-15min，混合得到Zn(NO3)2溶液；其中Zn和由SCNT/rGO提供的-OH摩尔比为1:1-1:6，Zn和MIM的质量浓度比为1:2-1:6；
3)将上述溶液加入到1)中制备的混合溶液中，然后将混合物倒入聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，90℃保持6-7h；
4)将混合后溶液过滤，并在90℃的温度下真空干燥2-3h，得到复合材料成品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，原料包括羟基质量百分比为6.0-10.0％，且氧原子质量百分数为3.0-5.0％的单壁碳纳米管(SCNT)和氧原子质量百分数为1.0-2.0％的还原氧化石墨烯(rGO)。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Zn和由SCNT提供的-OH摩尔比为1:2。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Zn和由rGO提供的-OH摩尔比为1:2。
CN202110029242.3A 2021-01-11 2021-01-11 一种去除污水中磷酸盐的mof-c复合材料的制备方法 Pending CN112642402A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110029242.3A CN112642402A (zh) 2021-01-11 2021-01-11 一种去除污水中磷酸盐的mof-c复合材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110029242.3A CN112642402A (zh) 2021-01-11 2021-01-11 一种去除污水中磷酸盐的mof-c复合材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112642402A true CN112642402A (zh) 2021-04-13

Family

ID=75367830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110029242.3A Pending CN112642402A (zh) 2021-01-11 2021-01-11 一种去除污水中磷酸盐的mof-c复合材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112642402A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114369253A (zh) * 2021-12-15 2022-04-19 广东石油化工学院 一种具有双配体的mof材料、改性mof材料及两者制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130157837A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Council Of Scientific And Industrial Research Confinement of nanosized metal organic framework in nano carbon morphologies
CN104707569A (zh) * 2015-03-09 2015-06-17 云南大学 一种用于吸附磷酸根离子的MOFs材料
CN105457602A (zh) * 2015-12-28 2016-04-06 北京林业大学 一种具有微孔结构的新型纳米复合材料、制备及应用
CN109626367A (zh) * 2019-01-07 2019-04-16 浙江师范大学 石墨烯复合材料、制备方法及其应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130157837A1 (en) * 2011-12-15 2013-06-20 Council Of Scientific And Industrial Research Confinement of nanosized metal organic framework in nano carbon morphologies
CN104707569A (zh) * 2015-03-09 2015-06-17 云南大学 一种用于吸附磷酸根离子的MOFs材料
CN105457602A (zh) * 2015-12-28 2016-04-06 北京林业大学 一种具有微孔结构的新型纳米复合材料、制备及应用
CN109626367A (zh) * 2019-01-07 2019-04-16 浙江师范大学 石墨烯复合材料、制备方法及其应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YIFEI WANG ET AL.: "Phosphate removal by ZIF-8@MWCNT hybrids in presence of effluent organic matter: Adsorbent structure, wastewater quality, and DFT analysis" *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114369253A (zh) * 2021-12-15 2022-04-19 广东石油化工学院 一种具有双配体的mof材料、改性mof材料及两者制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110813251B (zh) 一种改性纳米材料及其在含锑废水处理中的应用
JP5685265B2 (ja) 汚水生物処理方法を用いた汚泥処理方法、及び汚泥処理装置と装置
Han et al. Construction of magnetic nanoflower biocatalytic system with enhanced enzymatic performance by biomineralization and its application for bisphenol A removal
CN105363416A (zh) 二氧化锰纳米线@多维介孔金属有机骨架吸附剂及其制备
CN111871389A (zh) 一种氢氧化镧改性气凝胶除磷吸附剂的制备方法
CN102849849B (zh) 一种基于磁性纳米材料强化活性污泥对城市生活污水处理的方法
CN102274716A (zh) 一种水处理材料复合改性矿化垃圾的制备方法
CN111167412A (zh) 一种Cu-ZIF-8复合纳米材料的制备方法及应用
CN112642402A (zh) 一种去除污水中磷酸盐的mof-c复合材料的制备方法
CN112169727A (zh) 用于高级催化氧化的埃洛石基微纳反应器的制备方法
CN112718009A (zh) 一种pdi/mof异质结光催化剂及其制备方法与使用方法
CN115970656A (zh) 氨基酸共价接枝环糊精-金属有机框架材料及其应用
CN110721654A (zh) 一种磁性晶体/非晶体镧锆铁氧化物除磷吸附剂及其合成方法
JP2023016647A (ja) 導電性ナノ材料に基づく嫌気性反応器の始動の促進方法
CN106492644B (zh) 一种基于微乳改性纳米零价铁-炭材料预涂层的超滤膜净水方法
CN208791285U (zh) 一种基于铁还原菌的厌氧生物膜反应器
CN111875054B (zh) 一种沸石-磁铁矿复合材料、制备方法及其生物脱氮除磷的使用方法
CN109626577A (zh) 一种氧化石墨烯强化厌氧氨氧化颗粒及其制备方法
CN114807112A (zh) 一种磁性石墨相氮化碳固定化漆酶的方法及其应用
CN110921813B (zh) 改性贻贝壳填料曝气生物滤池处理污水的应用
CN110180511A (zh) 吸附重金属复合凝胶及其制备方法
CN114797788B (zh) 一种改性壳聚糖气凝胶及其制备方法和应用
CN115159775B (zh) 一种老龄垃圾渗滤液腐殖质的去除方法
CN102755879A (zh) 一种用于水处理的磁性矿化垃圾的制备方法
CN108640296B (zh) 一种含铁碳纳米管的复合生物材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination