[发明专利]一种高不饱和配位体系三价铈除磷吸附剂的制备方法

说明书

本发明属于水污染处理技术领域，公开了一种高不饱和配位体系三价铈除磷吸附剂的制备方法，采用均苯三甲酸和三价铈离子进行水热反应，空气气氛煅烧后再水合肼蒸汽还原，得到高不饱和配位体系三价铈除磷吸附剂，具有均匀的MOF结构，为磷的吸附提供了大量有效的铈吸附点位，可结合较多的磷酸盐，对磷的吸附量可达273mg/g，吸附效果好，并且CePO₄稳定性好，避免了出现二次释放问题，且具有稳定的三维团簇结构，整体性好，可适用于pH 2‑11的水体环境，尤其在碱性环境中具有优异的吸附性能。

技术领域

本发明涉及水污染处理技术领域，尤其涉及一种高不饱和配位体系三价铈除磷吸附剂的制备方法，主要用于去除水体中的正磷酸盐。

背景技术

当水体中的磷酸盐浓度过高(0.01mg/L)时，就会造成水体的富营养化，进而导致水生生态系统的污染。降低水体中磷酸盐的浓度刻不容缓，近年来，吸附法因其经济有效得到广泛应用。其中，由于金属与磷酸根之间的强键合作用，MOFs(金属有机骨架化合物)材料对于磷酸盐有很强的选择吸附性。为了提高吸附性能，通过纳米结构设计开发了多种金属吸附剂，以获得更大的表面积或更高的活性位点分散性。

然而，这些改性设计主要集中在微观形貌的优化，而很少有研究探讨金属中心的电子结构和化学特性对磷酸盐吸收的影响。实际上，金属与磷酸盐之间的相互作用性质更为重要，这主要取决于它们的空轨道和成键的最外层电子。选择价态高、电子对数目大的金属种类可以实现金属-磷酸盐复合物的强化。例如，镧基材料吸附磷酸盐效果较好。而且由于LaPO4沉淀的溶解度积常数(Ksp)为3.7×10^-23，数值较小，说明镧元素对磷酸盐具有较高的亲和力。铈是最丰富、最廉价的稀土元素，对磷酸盐也有极好的选择性(CePO4,Ksp＝1.0×10^-23)。此外，由于铈元素具有空4f壳层，铈具有最多12个配位数和唯一稳定的四价态。是镧系元素中唯一包含双价态(Ce(Ⅲ)和Ce(IV))的元素。在水溶液中，金属基材料易于结合羟基。这些吸附剂对磷酸盐的吸附机理主要是由于羟基与磷酸盐的配体交换。不同价态的铈对羟基有很大的亲和力。三价铈与羟基的结合(Ksp＝1.6×10^-20)比四价态(Ksp＝2×10^-48)弱许多数量级。显然，Ce(Ⅲ)更适合实现磷酸吸附。

现有技术中有采均苯三甲酸和硝酸铈共沉淀法，并用煅烧法制备铈基除磷吸附剂，但是其煅烧过程中需要采用惰性气体进行保护，生产成本较高，且所得的铈基除磷吸附剂中三价铈的占比较少，导致其对磷的吸附量较低。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高不饱和配位体系三价铈除磷吸附剂的制备方法，采用均苯三甲酸和三价铈离子进行水热反应，空气气氛煅烧后再水合肼蒸汽还原，得到高不饱和配位体系三价铈除磷吸附剂，具有均匀的MOF结构，为磷的吸附提供了大量有效的铈吸附点位，可结合较多的磷酸盐，对磷的吸附量可达273mg/g，吸附效果好，并且CePO₄稳定性好，避免了出现二次释放问题，且具有稳定的三维团簇结构，整体性好，可适用于pH 2-11的水体环境，尤其在碱性环境中具有优异的吸附性能。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种高不饱和配位体系三价铈除磷吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将均苯三甲酸和硝酸铈溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，水热反应，离心清洗，真空干燥，得吸附剂前驱体；

步骤2，对所述吸附剂前驱体在空气气氛中进行煅烧，得煅烧后样品；

步骤3，将所述煅烧后样品在水合肼蒸汽下进行还原，即得。

优选的，步骤1中，所述均苯三甲酸和硝酸铈的摩尔比为3:1～1:1；所述N,N-二甲基甲酰胺溶液的用量为30-70mL。

优选的，步骤1中，所述水热反应的时间为12～48h，水热反应的温度为100～150℃。