[发明专利]一种二茂铁基金属有机框架材料的制备及其在水体处理中的应用

说明书

本发明公开了一种二茂铁基金属有机框架的制备及其在水处理中的应用。本发明由乙酸锆(Zr(OAc)4)和1,1’‑二茂铁二甲酸(Fc)作为金属节点与配体，在乙酸为调节剂的条件下以溶剂热法合成制备；通过将乙酸锆与有机配体Fc在溶剂中溶解，加入一元酸调节剂，于120℃下密闭反应9小时，反应完成后，经冷却、洗涤、干燥得到本发明的材料。本发明的多孔金属有机框架在作为一种高效吸附剂应用于水体中有机染料‑刚果红的吸附处理中，最大吸附容量可以达到249.2mg/g，并且在重复三次循环后能保持最大吸附容量50％的吸附值，表明具有很高的吸附效能和实际应用价值。

技术领域

本发明专利属于非均相吸附材料技术领域，具体涉及一种二茂铁基金属有机框架材料的制备及其在水体处理中的应用。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，由于某些工厂污染物的违规排放，水污染已经成为一个严重的问题。在所有这些污染物中，去除水溶性染料是极具挑战性的，因为它们即使在非常微量的情况下也具有相当高的毒性。刚果红是一种人造偶氮苯染料，广泛应用于皮革、制造和食品工业。由于刚果红在水中具有很好的溶解性和稳定性，在生产和染色过程中，大量含刚果红的废水可能会排入河流或湖泊中，因此水体中有毒染料的处理对我们的健康和环境保护具有重要意义。到目前为止，已经开发了几种从水中去除刚果红的方法，例如光降解，过滤，Fenton氧化和吸附等。在这些中，使用多孔材料如活性炭等吸附剂已被公认为低成本和易于操作的理想方法。但传统吸附剂仍存在一些不可避免的缺点，如水性环境分散不均匀，吸附能力低，吸附耗时长，重复使用性不理想等，因此当下对稳定高效的吸附剂仍有很大需求。

近年来，具有规则空间结构，超高表面积和易修饰配体的金属有机框架(MOF)引起了人们的广泛关注。鉴于其固有的微中孔和可调的有机配体与各种杂化原子如氧，氮或硫，它们可能对染料分子具有特定的亲和力。然而，由于金属有机框架内部的通道或空腔可能对于染料分子的扩散而言较为狭窄，特别是具有较大分子尺寸的污染物，而二维金属有机框架纳米片被认为对吸附更有利，因为与其他具有大颗粒或块状形态的金属有机框架相比，二维金属有机框架纳米片具有更大的表面积和更多暴露的活性位点。截至目前，已有少量二维金属有机框架纳米片被报道并应用于水处理。本发明中首次利用乙酸锆和1,1'-二茂铁二甲酸作为金属节点和配体，通过传统的溶剂热法成功合成了一种新型二茂铁基金属有机框架材料，研究了该二茂铁基金属有机框架材料在水中吸附刚果红的能力，优化了温度和pH等吸附条件。此外，还测试了该二茂铁基金属有机框架材料的可重复使用性，使其在实际水处理中具有很大的价值。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种二茂铁基金属有机框架材料的制备及其在水体处理中的应用，旨在选用乙酸锆与1,1’-二茂铁二甲酸作为金属节点与有机配体，在乙酸作为调节酸的情况下，以溶解热法制备新型二茂铁基金属有机框架材料，从而实现对水体中有机染料的高效吸附。

本发明具有规整的晶体结构，热稳定性较好，具有较高的比表面积与孔隙率，能有效地通过物理吸附和化学吸附共同吸附水体中的有机染料刚果红，在不同的pH环境中均对刚果红具有较好的吸附容量，并且在三次循环利用之后仍然能保持较高的吸附容量。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种二茂铁基金属有机框架材料

所述二茂铁基金属有机框架材料是利用乙酸锆(Zr(OAc)₄)作为金属节点、1,1’-二茂铁二甲酸(Fc)作为有机配体，通过溶剂热法制备合成；二茂铁基金属有机框架材料的单元结构式为[Zr₆O₈(Fc)₂(OAc)₄]_n，每个不对称单元包含一个锆氧金属簇，两个Fc有机配体及四个[OAc]^-。

所述二茂铁基金属有机框架材料呈堆叠的纳米片状结构，纳米片的长或宽为500-1000纳米。