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
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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
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。
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Cited By (1)
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)
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 |
-
2021
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Patent Citations (4)
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)
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)
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 |
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