CN114247425A - 一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法及其应用，首先以2，5‑二羟基对苯二甲酸和二水乙酸锌为原料，在室温下反应生成晶态Zn‑MOF‑74纳米颗粒，再经过可控的水热反应使MOF纳米颗粒转变为1D MOF纳米棒，并自组装成中空的球形超结构，进一步碳化处理可得到分级多孔的3D碳纳米棒球形超结构。将所述碳纳米棒球形超结构材料应用于吸附去除水体中的除草剂，去除效率高达95％以上。

Description

一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及污染水体处理技术领域，具体是涉及一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法及其应用。
背景技术
除草剂是指可使杂草彻底地或选择性地发生枯死的药剂，被广泛应用于提高农产品产量。但在其生产和使用过程中，通过直接排放、挥发、淋溶和径流，容易直接和间接进入水体造成污染，由于其降解速度缓慢，容易在水、土壤和生物组织中积累，对非目标生物表现出毒性。其中一些酸性除草剂是内分泌干扰物，进入人类或动物体内难以被代谢，具有致癌性、致畸性、致突变性。特别是苯氧羧酸类除草剂，作为一种传统、高效、低成本的激素型除草剂，在农林复合领域得到广泛应用。但由于其在水介质中的高溶解性，大部分可转化成盐类衍生物，易溶于地表水并迅速扩散，对周围环境造成大面积污染。虽然其衍生物具有中等毒性，但其代谢物(特别是某些卤化物)可对人体和生物造成严重危害，这种具有“三致”作用的除草剂污染不容忽视。为保护生态环境和人体健康，环境水样中苯氧羧酸类除草剂的去除越来越受到重视。因此，开发高效的去除水体中苯氧羧酸类除草剂的方法具有重要意义。
目前用于去除水体中除草剂的方法有高级氧化法、光催化降解法、生物修复法、吸附法等，其中吸附法是一种有效的水净化方法，用于去除水体中的除草剂，具有简便、易操作、对有毒污染物不敏感、不会产生有毒物质等优点。
目前用于去除水体中除草剂的方法如高级氧化法、光催化降解法技术能耗较高，生物修复法易受环境温度、pH等条件的影响，而且难以去除毒性偏高的污染物。因此，开发高效的水体除草剂去除方法十分必要。
用于吸附的材料主要包括两大类，一是黏土及有机土类吸附剂、二是碳材料吸附剂，前者往往需要提前进行表面结构修饰以使其具有良好的吸附能力，后者活性炭颗粒和活性炭粉末是目前应用最为广泛的碳材料，但是活性炭吸附能力有限，且吸附后很难再生。除此之外还有有机碳骨架、金属有机骨架、多孔纳米聚合物等用作吸附材料，但由于其制备过程繁琐、成本高、环境不稳定性等限制了其广泛使用。因此开发廉价、高效、绿色、可再生的吸附剂十分有必要。
发明内容
针对上述背景技术指出的问题，本发明提供了一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法及其应用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、合成MOF纳米粒子：
在超声条件下，将二水乙酸锌溶解在甲醇中，得到二水乙酸锌-甲醇溶液，将2,5-二羟基对苯二甲酸溶解在甲醇中，得到2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液，将所述2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液缓慢倒入所述二水乙酸锌-甲醇溶液中，在超声条件下处理后，倾倒上清液，得到黄色沉淀物，即Zn-MOF-74纳米颗粒；
S2、合成球状MOF纳米棒SS-MOFNR：
将S1所得Zn-MOF-74NPs超声分散在去离子水中，加入尿素溶解后，将混合物转移到特氟龙内衬的高压釜中，置于烘箱中加热，形成球状MOF纳米棒SS-MOFNR，冷却至室温后，过滤收集棕黄色沉淀物；
S3、合成球形超结构碳纳米棒SS-CNR：
将S2制备好的SS-MOFNR转移到瓷舟中，置于氮气流下的管式炉中，加热，得到球形超结构碳纳米棒，冷却至室温后，收集黑色产物。
说明：本发明首先以2，5-二羟基对苯二甲酸和二水乙酸锌为原料，在室温下反应生成晶态Zn-MOF-74纳米颗粒，再经过可控的水热反应使MOF纳米颗粒转变为1D MOF纳米棒，并自组装成中空的球形超结构，进一步碳化处理可得到分级多孔的3D碳纳米棒球形超结构。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S1中，所述超声条件为：超声频率100kHZ，超声功率2.3-2.5W/cm2。通过超声作用可以有效分离纯相材料，短时间内生产均匀大小和形态的纳米级MOFs材料。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S2中，所述加热条件为：在150～180℃的温度条件下，加热20-30h。过短的加热时间和过低的加热温度都不利于MOF纳米粒子完全转化形成SS-MOFNR，而是产生球形超结构和多个一维纳米棒组装的中间体共存；尿素的加入可以降低SS-CNR的形成温度，本着绿色节能的原则，将加热温度设置在150～180℃范围内。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S1中，将所得黄色沉淀物先后用甲醇和去离子水分别洗涤2～5次，通过甲醇可以洗净未反应的反应物，再用去离子水洗净甲醇；所述步骤S2中，将所得棕黄色沉淀物先后用去离子水和甲醇分别洗涤2～5次，通过去离子水洗净未反应的尿素，再用低沸点的甲醇洗掉材料孔道里的不易挥发的去离子水；所述步骤S3中，将所收集的黑色产物用1M HCl洗涤，然后于50～80℃真空条件下烘干，HCl用来洗净未挥发的锌，产生更多微孔结构，使得合成的材料具有更高的比表面积，提高吸附能力。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S3中，所述加热条件为：以3～10℃/min的升温速率，将样品加热至900～1050℃，并在该温度下保持1.5～3h。加热温度控制在该温度范围内有利于生成具有丰富微孔结构，保留了原有SS-MOFNR板栗壳状形貌的SS-CNR，过高的温度可能造成材料孔道结构坍塌，不利于保持材料的形貌；过低的温度不利于金属Zn挥发，不利于产生丰富的微孔结构。
进一步地，在上述方案中，具体包括以下步骤：
S1、合成MOF纳米粒子：
在频率为100kHZ、功率为2.3-2.5W/cm2的超声条件下，将0.4～0.5g二水乙酸锌溶解在80～120ml甲醇中，得到二水乙酸锌-甲醇溶液，将100～150mg2,5-二羟基对苯二甲酸溶解在20～60ml甲醇中，得到2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液，将所述2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液缓慢倒入所述二水乙酸锌-甲醇溶液中，在频率为100kHZ、功率为2.3-2.5W/cm2的超声条件下处理25～40min，静置30～40min后，倾倒上清液，得到黄色沉淀物，即Zn-MOF-74纳米颗粒，
将所得黄色沉淀物先后用甲醇和去离子水分别洗涤2～5次；
S2、合成球状MOF纳米棒SS-MOFNR：
将S1所得Zn-MOF-74NPs超声分散在20～40ml去离子水中，加入25～100mg尿素溶解后，将混合物转移到特氟龙内衬的高压釜中，置于150～180℃烘箱中加热20～30h，形成球状MOF纳米棒SS-MOFNR，冷却至室温后，过滤收集棕黄色沉淀物，将所得棕黄色沉淀物先后用去离子水和甲醇分别洗涤2～5次；
S3、合成球形超结构碳纳米棒SS-CNR：
将S2制备好的SS-MOFNR转移到瓷舟中，置于氮气流下的管式炉中，以2～8℃/min的升温速率，将样品加热至900～1050℃，并在该温度下保持1.5～3h加热，得到球形超结构碳纳米棒，冷却至室温后，收集黑色产物，用1M HCl洗涤，然后于50～80℃真空条件下烘干。
进一步地，在上述方案中，将所述碳纳米棒球形超结构材料应用于吸附去除水体中的除草剂。
进一步地，在上述方案中，所述除草剂为苯氧羧酸类除草剂：2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸。
当然，需要说明的是，本发明制备的碳纳米棒球形超结构材料具有超高的比表面积(约为2800m2/g)和高的疏水性，能够对多种类别的除草剂具有很好的吸附作用，例如喹啉羧酸类(二氯喹啉酸、喹草酸)、苯甲酸类(麦草畏等)。
进一步地，在上述方案中，所述应用方法为：
S1、将10～30ml受除草剂污染的水体用1M HCl调节pH为3.7～4.5；
S2、将5～20mg碳纳米棒球形超结构材料投入S1中受除草剂污染的水体中进行吸附处理，吸附温度为室温，吸附时间为20～30h；
S3、取吸附处理后的水样过0.2～0.25μm滤膜，利用HPLC检测水样中残留的除草剂浓度。
本发明的吸附方法操作简单，处理容量大，仅需极少量的材料就可以吸附处理受污染的水体，吸附剂与受污染水体质量比可低至1/6000。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的碳纳米棒球形超结构材料制备简单，操作方便，成本低廉，所得的碳纳米棒球形超结构材料比表面积大、具有超强的环境稳定性。在用于去除水体中的除草剂方面，具有良好的经济和环境效益。
附图说明
图1为球状MOF纳米棒(SS-MOFNR)的SEM图像；
图2为球形超结构碳纳米棒(SS-CNR)的SEM图像。
具体实施方式
实施例1
以碳纳米棒球形超结构材料为吸附剂，处理含2,4-二氯苯氧乙酸的受污染水。
(1)制备碳纳米棒球形超结构材料：
S1、合成MOF纳米粒子：
在频率为100kHZ、功率为2.3W/cm2的超声条件下，将0.4g二水乙酸锌溶解在80ml甲醇中，得到二水乙酸锌-甲醇溶液，将100mg 2,5-二羟基对苯二甲酸溶解在20ml甲醇中，得到2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液，将所述2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液缓慢倒入所述二水乙酸锌-甲醇溶液中，在频率为100kHZ、功率为2.3W/cm2的超声条件下处理25min，静置30min后，倾倒上清液，得到黄色沉淀物，即Zn-MOF-74纳米颗粒，将所得黄色沉淀物先后用甲醇和去离子水分别洗涤2次；
S2、合成球状MOF纳米棒SS-MOFNR：
将S1所得Zn-MOF-74NPs超声分散在20ml去离子水中，加入25mg尿素溶解后，将混合物转移到特氟龙内衬的高压釜中，置于150℃烘箱中加热20h，形成球状MOF纳米棒SS-MOFNR，冷却至室温后，过滤收集棕黄色沉淀物，将所得棕黄色沉淀物先后用去离子水和甲醇分别洗涤2次；
S3、合成球形超结构碳纳米棒SS-CNR：
将S2制备好的SS-MOFNR转移到瓷舟中，置于氮气流下的管式炉中，以2℃/min的升温速率，将样品加热至900℃，并在该温度下保持1.5h加热，得到球形超结构碳纳米棒，冷却至室温后，收集黑色产物，用1M HCl洗涤，然后于50℃真空条件下烘干。
(2)吸附实验：
在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验，具体步骤为：
S1、将1ml受除草剂污染的水体用1M HCl调节pH为3.7；
S2、将5mg碳纳米棒球形超结构材料投入S1中受除草剂污染的水体中进行吸附处理，2,4-二氯苯氧乙酸的初始浓度为5mg/L，吸附温度为室温，吸附时间为20h；
S3、取吸附处理后的水样过0.2μm滤膜，利用HPLC检测水样中残留的2,4-二氯苯氧乙酸浓度，最终2,4-二氯苯氧乙酸的去除率达100％。
实施例2
以碳纳米棒球形超结构材料为吸附剂，处理含2,4-二氯苯氧丁酸的受污染水。
制备碳纳米棒球形超结构材料：
S1、合成MOF纳米粒子：
在频率为100kHZ、功率为2.4W/cm2的超声条件下，将0.44g二水乙酸锌溶解在100ml甲醇中，得到二水乙酸锌-甲醇溶液，将120mg 2,5-二羟基对苯二甲酸溶解在40ml甲醇中，得到2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液，将所述2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液缓慢倒入所述二水乙酸锌-甲醇溶液中，在频率为100kHZ、功率为2.4W/cm2的超声条件下处理30min，静置35min后，倾倒上清液，得到黄色沉淀物，即Zn-MOF-74纳米颗粒，将所得黄色沉淀物先后用甲醇和去离子水分别洗涤3次；
S2、合成球状MOF纳米棒SS-MOFNR：
将S1所得Zn-MOF-74NPs超声分散在30ml去离子水中，加入50mg尿素溶解后，将混合物转移到特氟龙内衬的高压釜中，置于175℃烘箱中加热24h，形成球状MOF纳米棒SS-MOFNR，冷却至室温后，过滤收集棕黄色沉淀物，将所得棕黄色沉淀物先后用去离子水和甲醇分别洗涤3次；
S3、合成球形超结构碳纳米棒SS-CNR：
将S2制备好的SS-MOFNR转移到瓷舟中，置于氮气流下的管式炉中，以5℃/min的升温速率，将样品加热至1000℃，并在该温度下保持2h加热，得到球形超结构碳纳米棒，冷却至室温后，收集黑色产物，用1M HCl洗涤，然后于60℃真空条件下烘干。
(2)吸附实验：
在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验，具体步骤为：
S1、将20ml受除草剂污染的水体用1M HCl调节pH为4；
S2、将10mg碳纳米棒球形超结构材料投入S1中受除草剂污染的水体中进行吸附处理，2,4-二氯苯氧丁酸的初始浓度为5mg/L，吸附温度为室温，吸附时间为24h；
S3、取吸附处理后的水样过0.22μm滤膜，利用HPLC检测水样中残留的2,4-二氯苯氧丁酸浓度，最终2,4-二氯苯氧丁酸的去除率达100％。
实施例3
以碳纳米棒球形超结构材料为吸附剂，处理含2,4-滴丙酸的受污染水。
制备碳纳米棒球形超结构材料：
S1、合成MOF纳米粒子：
在频率为100kHZ、功率为2.5W/cm2的超声条件下，将0.5g二水乙酸锌溶解在120ml甲醇中，得到二水乙酸锌-甲醇溶液，将150mg 2,5-二羟基对苯二甲酸溶解在60ml甲醇中，得到2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液，将所述2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液缓慢倒入所述二水乙酸锌-甲醇溶液中，在频率为100kHZ、功率为2.5W/cm2的超声条件下处理40min，静置40min后，倾倒上清液，得到黄色沉淀物，即Zn-MOF-74纳米颗粒，将所得黄色沉淀物先后用甲醇和去离子水分别洗涤5次；
S2、合成球状MOF纳米棒SS-MOFNR：
将S1所得Zn-MOF-74NPs超声分散在40ml去离子水中，加入100mg尿素溶解后，将混合物转移到特氟龙内衬的高压釜中，置于180℃烘箱中加热30h，形成球状MOF纳米棒SS-MOFNR，冷却至室温后，过滤收集棕黄色沉淀物，将所得棕黄色沉淀物先后用去离子水和甲醇分别洗涤5次；
S3、合成球形超结构碳纳米棒SS-CNR：
将S2制备好的SS-MOFNR转移到瓷舟中，置于氮气流下的管式炉中，以8℃/min的升温速率，将样品加热至1050℃，并在该温度下保持3h加热，得到球形超结构碳纳米棒，冷却至室温后，收集黑色产物，用1M HCl洗涤，然后于80℃真空条件下烘干。
(2)吸附实验：
在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验，具体步骤为：
S1、将30ml受除草剂污染的水体用1M HCl调节pH为4.5；
S2、将5～20mg碳纳米棒球形超结构材料投入S1中受除草剂污染的水体中进行吸附处理，2,4-滴丙酸的初始浓度为5mg/L，吸附温度为室温，吸附时间为30h；
S3、取吸附处理后的水样过0.25μm滤膜，利用HPLC检测水样中残留的2,4-滴丙酸浓度，最终2,4-滴丙酸的去除率达100％。
实施例4
以碳纳米棒球形超结构材料为吸附剂，处理含4-氯苯氧乙酸的受污染水。
吸附剂的制备方法同实施例2。
(2)吸附实验：
在在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验，具体步骤为：
S1、将20ml受除草剂污染的水体用1M HCl调节pH为4；
S2、将10mg碳纳米棒球形超结构材料投入S1中受除草剂污染的水体中进行吸附处理，4-氯苯氧乙酸的初始浓度为5mg/L，吸附温度为室温，吸附时间为24h；
S3、取吸附处理后的水样过0.22μm滤膜，利用HPLC检测水样中残留的4-氯苯氧乙酸浓度，最终4-氯苯氧乙酸的去除率达100％。
实施例5
以碳纳米棒球形超结构材料为吸附剂，处理含4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的受污染水。
吸附剂的制备方法同实施例2。
(2)吸附实验：
在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验，具体步骤为：
S1、将20ml受除草剂污染的水体用1M HCl调节pH为4；
S2、将10mg碳纳米棒球形超结构材料投入S1中受除草剂污染的水体中进行吸附处理，4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)初始浓度均为30mg/L，吸附温度为室温，吸附时间为24h；
S3、取吸附处理后的水样过0.22μm滤膜，利用HPLC检测水样中残留的4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)浓度，最终4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的去除率均达95％以上。
对比例1
以商用活性炭粉为吸附剂，处理含4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的受污染水。
商用活性炭粉吸附去除水中四种除草剂：在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验。其中受污染水体积为20ml，用1M HCl调节pH为4，吸附剂加入量为10mg，4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的初始浓度均为30mg/L，吸附温度为室温，吸附时间为1d，取吸附后水样过0.22μm滤膜，利用HPLC检测剩余除草剂。最终四种除草剂的去除率为35％～60％。
对比例2
以商用蒙脱土为吸附剂，处理含4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的受污染水。
商用蒙脱土吸附去除水中四种除草剂：在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验。其中受污染水体积为20ml，用1M HCl调节pH为4，吸附剂加入量为10mg，4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的初始浓度均为5mg/L，吸附温度为室温，吸附时间为1d，取吸附后水样过0.22μm滤膜，利用HPLC检测剩余除草剂。最终四种除草剂的去除率在5％～27％以下。
对比例3
以金属有机骨架NH2-MIL-88为吸附剂，处理含4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的受污染水。
金属有机骨架NH2-MIL-88吸附去除水中四种除草剂：在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验。其中受污染水体积为20ml，用1M HCl调节pH为4，吸附剂加入量为10mg，4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的初始浓度均为5mg/L，吸附温度为室温，吸附时间为1d，取吸附后水样过0.22μm滤膜，利用HPLC检测剩余除草剂。最终四种除草剂的去除率为67％～95％。
对比例4
以商用高岭土为吸附剂，处理含4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的受污染水。
商用高岭土吸附去除水中四种除草剂：在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验。其中受污染水体积为20ml，用1M HCl调节pH为4，吸附剂加入量为10mg，4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的初始浓度均为5mg/L，吸附温度为室温，吸附时间为1d，取吸附后水样过0.22μm滤膜，利用HPLC检测剩余除草剂。最终四种除草剂的去除率在10％以下。
对比例5
以商用SPAO分子筛为吸附剂，处理含4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的受污染水。
商用SPAO分子筛吸附去除水中四种除草剂：在配有聚四氟乙烯垫片的玻璃瓶(容积为40ml)中进行吸附实验。其中受污染水体积为20ml，用1M HCl调节pH为4，吸附剂加入量为10mg，4种常用苯氧羧酸类除草剂(2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸)的初始浓度均为5mg/L，吸附温度为室温，吸附时间为1d，取吸附后水样过0.22μm滤膜，利用HPLC检测剩余除草剂。最终四种除草剂的去除率在8％以下。

Claims (10)

1.一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、合成MOF纳米粒子：
在超声条件下，将二水乙酸锌溶解在甲醇中，得到二水乙酸锌-甲醇溶液，将2,5-二羟基对苯二甲酸溶解在甲醇中，得到2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液，将所述2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液缓慢倒入所述二水乙酸锌-甲醇溶液中，在超声条件下处理后，倾倒上清液，得到黄色沉淀物，即Zn-MOF-74纳米颗粒；
S2、合成球状MOF纳米棒SS-MOFNR：
将S1所得Zn-MOF-74NPs超声分散在去离子水中，加入尿素溶解后，将混合物转移到特氟龙内衬的高压釜中，置于烘箱中加热，形成球状MOF纳米棒SS-MOFNR，冷却至室温后，过滤收集棕黄色沉淀物；
S3、合成球形超结构碳纳米棒SS-CNR：
将S2制备好的SS-MOFNR转移到瓷舟中，置于氮气流下的管式炉中，加热，得到球形超结构碳纳米棒，冷却至室温后，收集黑色产物。
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述超声条件为：超声频率100kHZ，超声功率2.3-2.5W/cm2。
3.根据权利要求1所述的一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述加热条件为：在150～180℃的温度条件下，加热20-30h。
4.根据权利要求1所述的一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，将所得黄色沉淀物先后用甲醇和去离子水分别洗涤2～5次；所述步骤S2中，将所得棕黄色沉淀物先后用去离子水和甲醇分别洗涤2～5次；所述步骤S3中，将所收集的黑色产物用1M HCl洗涤，然后于50～80℃真空条件下烘干。
5.根据权利要求1所述的一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述加热条件为：以3～10℃/min的升温速率，将样品加热至900～1050℃，并在该温度下保持1.5～3h。
6.根据权利要求1～5任意一项所述的一种碳纳米棒球形超结构材料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、合成MOF纳米粒子：
在频率为100kHZ、功率为2.3-2.5W/cm2的超声条件下，将0.4～0.5g二水乙酸锌溶解在80～120ml甲醇中，得到二水乙酸锌-甲醇溶液，将100～150mg2,5-二羟基对苯二甲酸溶解在20～60ml甲醇中，得到2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液，将所述2,5-二羟基对苯二甲酸-甲醇溶液缓慢倒入所述二水乙酸锌-甲醇溶液中，在频率为100kHZ、功率为2.3-2.5W/cm2的超声条件下处理25～40min，静置30～40min后，倾倒上清液，得到黄色沉淀物，即Zn-MOF-74纳米颗粒，将所得黄色沉淀物先后用甲醇和去离子水分别洗涤2～5次；
S2、合成球状MOF纳米棒SS-MOFNR：
将S1所得Zn-MOF-74NPs超声分散在20～40ml去离子水中，加入25～100mg尿素溶解后，将混合物转移到特氟龙内衬的高压釜中，置于150～180℃烘箱中加热20～30h，形成球状MOF纳米棒SS-MOFNR，冷却至室温后，过滤收集棕黄色沉淀物，将所得棕黄色沉淀物先后用去离子水和甲醇分别洗涤2～5次；
S3、合成球形超结构碳纳米棒SS-CNR：
将S2制备好的SS-MOFNR转移到瓷舟中，置于氮气流下的管式炉中，以2～8℃/min的升温速率，将样品加热至900～1050℃，并在该温度下保持1.5～3h加热，得到球形超结构碳纳米棒，冷却至室温后，收集黑色产物，用1M HCl洗涤，然后于50～80℃真空条件下烘干。
7.一种根据权利要求6所述方法制备的碳纳米棒球形超结构材料的应用，其特征在于，将所述碳纳米棒球形超结构材料应用于吸附去除水体中的除草剂。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述除草剂为苯氧羧酸类除草剂：2,4-二氯苯氧乙酸、2,4-二氯苯氧丁酸、2,4-滴丙酸、4-氯苯氧乙酸。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述碳纳米棒球形超结构材料具有超高的比表面积和高的疏水性，能够对多种类别的除草剂具有很好的吸附作用，例如喹啉羧酸类、苯甲酸类。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用方法为：
S1、将10～30ml受除草剂污染的水体用1M HCl调节pH为3.7～4.5；
S2、将5～20mg碳纳米棒球形超结构材料投入S1中受除草剂污染的水体中进行吸附处理，吸附温度为室温，吸附时间为20～30h；
S3、取吸附处理后的水样过0.2～0.25μm滤膜，利用HPLC检测水样中残留的除草剂浓度。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115845813A (zh) * 2022-10-18 2023-03-28 电子科技大学长三角研究院(衢州) 一种弹性超疏水亲油MOF/SiO2复合气凝胶的制备方法
CN117159791A (zh) * 2023-11-01 2023-12-05 云南伦扬科技有限公司 一种用于糖尿病伤口愈合刺猬花状纳米酶水凝胶

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103769056A (zh) * 2014-02-07 2014-05-07 中国农业大学 水样中芳氧苯氧羧酸酯类除草剂及其一级代谢物的吸附及含量检测方法
CN108461306A (zh) * 2018-03-28 2018-08-28 浙江大学 一种多层级n掺杂碳纳米棒复合材料及其制备方法
CN108686621A (zh) * 2018-05-24 2018-10-23 山东大学 中空球壳结构混合金属氧化物吸附剂的制备方法及应用
CN111498830A (zh) * 2020-03-30 2020-08-07 南京航空航天大学 一种无掺杂一维多孔碳材料及其制备方法
CN111744521A (zh) * 2020-06-29 2020-10-09 华南理工大学 一种以金属有机框架为前驱体配体可回收制备不同形貌四氧化三钴的方法与应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103769056A (zh) * 2014-02-07 2014-05-07 中国农业大学 水样中芳氧苯氧羧酸酯类除草剂及其一级代谢物的吸附及含量检测方法
CN108461306A (zh) * 2018-03-28 2018-08-28 浙江大学 一种多层级n掺杂碳纳米棒复合材料及其制备方法
CN108686621A (zh) * 2018-05-24 2018-10-23 山东大学 中空球壳结构混合金属氧化物吸附剂的制备方法及应用
CN111498830A (zh) * 2020-03-30 2020-08-07 南京航空航天大学 一种无掺杂一维多孔碳材料及其制备方法
CN111744521A (zh) * 2020-06-29 2020-10-09 华南理工大学 一种以金属有机框架为前驱体配体可回收制备不同形貌四氧化三钴的方法与应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIANLI ZOU ET AL.: "Fabrication of a Spherical Superstructure of Carbon Nanorods", 《ADV. MATER.》 *
MEI LI ET AL.: "Hierarchical hollow microspheres of carbon nanorods with enhanced supercapacitor performance", 《MATERIALS TODAY COMMUNICATIONS》 *
MITHUN SARKER ET AL.: "Adsorptive removal of herbicides from water over nitrogen-doped carbon obtained from ionic liquid@ZIF-8", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 *
万梦飞等: "磁性纳米材料的功能化及其在农药残留检测中的应用", 《分析试验室》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115845813A (zh) * 2022-10-18 2023-03-28 电子科技大学长三角研究院(衢州) 一种弹性超疏水亲油MOF/SiO2复合气凝胶的制备方法
CN117159791A (zh) * 2023-11-01 2023-12-05 云南伦扬科技有限公司 一种用于糖尿病伤口愈合刺猬花状纳米酶水凝胶
CN117159791B (zh) * 2023-11-01 2023-12-26 云南伦扬科技有限公司 一种用于糖尿病伤口愈合刺猬花状纳米酶水凝胶

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