[发明专利]一种金属有机骨架材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属有机骨架材料及其制备方法与应用，属于化工技术领域。

背景技术

饮用水安全是关系国计民生，人类健康的基本问题之一。在我国及世界范围内，大量的人口得不到安全有保障的饮用水供应。在劣质的水源中，按照污染物的组成，可以将其分为两类：无机污染物和有机污染物。其中无机污染物主要包括各种重金属离子，如砷、铅、镉、汞等，其中，重金属砷毒性大，污染严重。对于有机污染物，种类更加繁多，包括各种染料分子，农药，含氯的有机物，天然的有机污染物腐植酸等。在通用的饮用水处理工艺方面，吸附技术是去除水中污染物最有效，最成熟的处理技术之一，而各种多功能，高容量，高选择性的新型吸附剂的研究和开发是水处理领域的重点。

金属有机骨架材料是近几十年以来迅速发展的一类新型多孔材料，金属有机骨架材料从它的组成上讲是一种多孔配位聚合物，它主要是由金属离子和羧酸类、咪唑类有机配体，通过配位键连接而形成的三维多孔晶体。金属有机骨架类材料的比表面积远远大于传统的分子筛多孔材料，这使得它在气体存储，分离等领域有着独特的优势。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属有机骨架材料及其制备方法与应用，本发明金属有机骨架材料性质稳定，比表面积大，应用于吸附污水中的污染物，具有高吸附率和吸附容量。

本发明提供的金属有机骨架材料，它包括三价金属离子与有机配体通过配位键连接；

所述三价金属离子为铁离子和/或铝离子；

所述有机配体为苯二羧酸、萘二羧酸、苯三羧酸、苯四羧酸、苯二羧酸酯、萘二羧酸酯、苯三羧酸酯和苯四羧酸酯中至少一种。

上述的材料中，所述三价金属离子与有机配体配位的摩尔比可为1～4：1，具体可为3:2。

上述的材料中，所述材料的比表面积可为不小于900m²/g，具体可为1369.6m²/g、1277.3m²/g或1369.6～1277.3m²/g；

所述材料的粒径可为0.5～5μm。

上述的材料中，所述苯二羧酸为邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸中的至少一种；

所述萘二羧酸为2,6-萘二甲酸、1,4萘二甲酸和1,5-萘二甲酸中的至少一种；

所述苯三羧酸为1,3,5-均苯三甲酸和/或1,3,4-苯三甲酸；

所述苯四羧酸为1,2,4,5-苯四甲酸和/或1,2,4,5-苯四乙酸；

所述苯二羧酸酯为邻苯二甲酸酯、间苯二甲酸酯和对苯二甲酸酯中的至少一种；

所述萘二羧酸酯为2,6-萘二甲酸酯、1,4萘二甲酸酯和1,5-萘二甲酸酯中的至少一种；

所述苯三羧酸酯为1,3,5-苯三羧酸三甲酯和/或1,3,4-苯三甲酸酯；

所述苯四羧酸酯为1,2,4,5-苯四甲酸酯和/或1,2,4,5-苯四乙酸酯。

本发明还提供了上述金属有机骨架材料的制备方法，包括如下步骤：将三价金属盐溶于水，然后与有机配体溶液混合，经水热反应，即得到金属有机骨架材料。

上述的方法中，所述三价金属盐为硝酸铁、硝酸铝、硫酸铁、硫酸铝、氯化铁和氯化铝中至少一种；

所述水热反应的温度可为100～250℃，具体可为150～220℃；

所述水热反应的时间可为30min～24h，具体可为30min～12h；

所述三价金属盐、所述有机配体酸与所述水的投料摩尔比可为1：0.2～1：55～300。

上述的方法中，所述混合溶液中还加入无机酸溶液；

所述无机酸为硝酸、氢氟酸和磷酸中的至少一种。

上述的方法中，所述无机酸的摩尔浓度可为0.1～30mol/L；

所述三价金属盐、所述有机配体、所述无机酸与所述水的投料摩尔比可为1：0.2～1：0.1～4：55～300。

本发明进一步提供了上述金属有机骨架材料在吸附重金属离子和/或有机污染物中的应用。

本发明金属有机骨架材料应用于吸附去除水中所述重金属离子和/或所述有机污染物；

所述重金属离子为砷、铅、镉和汞中至少一种；

所述有机污染物为亚甲基蓝、罗丹明B、考马斯亮蓝、甲基橙、曙红B和腐植酸中至少一种。

本发明具有以下优点：