[发明专利]一种基于金属有机骨架结构的除氟剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种除氟剂及其制备方法，尤其涉及一种基于金属有机骨架结构的除氟剂及其制备方法。

 

背景技术

金属有机骨架材料是一类新型的功能材料，具有比表面积大、有序的孔道结构、孔径大小可调控、中心金属离子配位形式与结构多变、合成方便以及可根据目标要求作化学修饰、结构丰富等优点。近年来，金属有机骨架材料的稳定性方面有了显著提高，使其在气体储存、分离、催化等众多领域都拥有诱人的应用前景，引起了众多研究者的极大兴趣。

氟是人体所必须的微量元素之一，但人体日摄氟量过大时，将导致地方性氟病。长期饮用高氟含量的水，将导致氟中毒，引发氟斑牙和氟骨病，轻则引起牙齿变质、脱落，重则造成骨质硬化或骨质疏松，甚至瘫痪，导致人丧失劳动能力。因此，有效控制和去除水体中的氟是关系到环境和人类健康的重要课题。目前，市场上的最常用除氟剂是活性炭和活性氧化铝，分别存在着吸附容量低和在使用过程中存在铝散失造成二次污染等不足。

 

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于金属有机骨架结构的除氟剂及其制备方法，该除氟剂通过金属有机骨架中的金属离子与氟离子的相互作用和骨架结构提供的较多的活性位点实现高吸附容量，并利用金属有机骨架的高结构稳定性避免因离子散失造成的次生污染。

 

本发明所采用的技术方案：

一种除氟剂，将包括金属盐溶液和多羟基有机配体溶液的原料，通过混合、常压加温反应、分离、真空干燥，制备得到；所述金属盐溶液中的铝离子的浓度为0.1~5mol/L，其他金属离子的浓度为0.1~5mol/L；所述多羟基有机配体溶液的浓度为0.1~5mol/L，所述金属盐溶液与多羟基有机配体溶液混合的体积比为1:0.1~1:10。

所述金属盐溶液的金属盐为铝盐，所述铝盐为硝酸铝、硫酸铝、草酸铝、乙酸铝或氯化铝中的至少一种。

所述金属盐溶液的金属盐为铝盐和镁盐的混合盐，所述铝盐为硝酸铝、硫酸铝、草酸铝、乙酸铝或氯化铝中的至少一种，所述镁盐为硝酸镁、硫酸镁、草酸镁、乙酸镁或氯化镁中的至少一种的。

所述金属盐溶液的金属盐为铝盐和钙盐的混合盐，所述铝盐为硝酸铝、硫酸铝、草酸铝、乙酸铝或氯化铝中的至少一种，所述钙盐为硝酸钙、硫酸钙、草酸钙、乙酸钙或氯化钙中的至少一种的。

所述金属盐溶液的金属盐为铝盐和铁盐的混合盐，所述铝盐为硝酸铝、硫酸铝、草酸铝、乙酸铝或氯化铝中的至少一种，所述铁盐为硝酸铁、硫酸铁、草酸铁、乙酸铁或氯化铁中的至少一种的。

所述金属盐溶液的金属盐为铝盐和铈盐的混合盐，所述铝盐为硝酸铝、硫酸铝、草酸铝、乙酸铝或氯化铝中的至少一种，所述铈盐为硝酸铈、硫酸铈、草酸铈、乙酸铈或氯化铈中的至少一种的。

所述金属盐溶液的金属盐为铝盐和镧盐的混合盐，所述铝盐为硝酸铝、硫酸铝、草酸铝、乙酸铝或氯化铝中的至少一种，所述镧盐为硝酸镧、硫酸镧、草酸镧、乙酸镧或氯化镧中的至少一种。

所述多羟基有机配体溶液的多羟基有机配体为对苯二甲酸、均苯三甲酸、1,2,4,5-均苯四甲酸或4,4'-联苯二甲酸，所述多羟基有机配体溶液的有机溶剂为乙醇、乙醚、丙酮、二甲基亚砜（DMSO）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）或N,N-二乙基甲酰胺（DEF）。

常压加温反应的加热温度为60~160℃，反应时间为0.5~48小时。

除氟剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制金属盐溶液：以去离子水为溶剂，将金属盐溶解在其中，配制成金属盐溶液；

（2）配制多羧基有机配体溶液：以有机溶剂为溶剂，将多羧基有机配体溶解在其中，配制成多羧基有机配体溶液；

（3）制备金属有机骨架结构的除氟剂：将金属盐溶液与多羧基有机配体溶液混合，采用常压加热法反应生成具有金属有机骨架结构的除氟剂，反应完毕后进行分离、真空干燥即得金属有机骨架结构的除氟剂。

 

本发明的有益效果：

本发明提供的除氟剂通过金属有机骨架中的金属离子与氟离子的相互作用和骨架结构提供的较多的活性位点实现高吸附容量，并利用金属有机骨架的高结构稳定性避免因离子散失造成的次生污染，可广泛应用于含氟污水处理、高氟地表水净化等方面。本发明所提供的除氟剂制备方法是在常压下进行制备，安全可靠，设备投资少，工艺简单，操作容易，易于实现大规模合成。

 

附图说明

图1是本发明制备的Al-BTC金属有机骨架除氟剂的扫描电镜图；