[发明专利]一种纳米CuO/COF复合除砷材料及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料制备领域，具体为一种纳米CuO/COF复合除砷材料及其制备方法，制备方法包括：一、将1,3,5‑三甲酰间苯三酚和2,5‑二乙氧基对苯二酰肼加入1,4‑二氧六环、均三甲苯和冰醋酸的混合溶液中，后冰浴超声，随后让溶液经过三次急速冷冻‑抽真空‑解冻‑脱气的循环；循环后反应物真空加热2～3天，再用丙酮和甲醇洗涤，洗涤后冻干得到COF材料；二、将硝酸铜溶于乙醇‑水混合液中，然后室温搅拌加入NaOH溶液和NH₃·H₂O，再次搅拌后向溶液中加入COF并超声搅拌；然后把溶液放入反应釜中反应6～10h，随后离心并用乙醇和水洗涤，洗涤后烘干得到本发明所述纳米CuO/COF复合除砷材料。本发明制备的纳米CuO/COF复合除砷材料能有效去除水中的三价砷。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种纳米CuO/COF复合除砷材料及其制备方法。

背景技术

砷在水环境中的蓄积因其高毒性而受到广泛关注，威胁着人类的健康。大多数砷来自工业生产过程的排放，例如有色冶炼，燃煤，玻璃制造和其他工业。在这些行业中，有色冶金行业每年排放的砷超过40,000吨。另外，在有色金属冶炼过程中，矿石中的稳定砷在高燃烧温度下挥发成废气，然后在湿法烟气洗涤装置中被洗涤成污垢酸。石灰石和铁盐沉淀后，实际污垢酸中的砷浓度低于10mg/L，具有弱酸性和多种共存的重金属离子。与许多其他重金属不同，砷的化学价态随溶液的氧化还原态而改变。在所有砷物种中，无机三价As和四价As的毒性比有机砷更高。在弱酸性条件下，五价砷酸盐带负电，因此更易于处置。但是，去除三价砷相对困难，当pH低于9.2时，三价砷会以H₃AsO₃的形式保留下来。使用传统的物理化学处理方法很难去除不带电荷的H₃AsO₃。而且在有色金属冶炼厂中，由于烟道气中含有大量的SO₂，废水的pH值始终较低；此外，其他种类重金属的共存也增加了从酸性废水中去除三价As的难度。因此，应寻求开发一种有效的方法来实现三价砷的消除。

CuO是一种窄带隙P型半导体材料，原料成本低、环保无污染、易回收，经常被用作催化材料。其原理在于当其受到能量等于或大于半导体带隙能时，会生成具有强氧化能力的·OH自由基进行氧化分解反应。由于纳米CuO大的比表面积，使其具有高催化活性，加之无毒性和低成本，在环境催化领域拥有光明的应用前景。

共价有机骨架(COF)是一类由轻质元素组成的结晶多孔有机聚合物，并通过强大的共价键构成。由于其独特的物理和化学性质，COF已被广泛用于气体吸附分离，光电领域，催化领域以及其他领域。与传统晶体材料相比，COF具有比表面积大、化学和热稳定性好、孔径可调、低密度，以及可功能化修饰等优点。

发明内容

从上述技术背景中可以知道三价砷离子的毒性高，但是由于处于酸性的工业废水的环境下，生成不带电荷的H₃AsO₃非常难以去除。本发明提供一种纳米CuO/COF复合除砷材料，能够有效去除废水中的三价砷。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米CuO/COF复合除砷材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将1,4-二氧六环、均三甲苯和冰醋酸以一定比例混合得到混合溶液A，冰浴下超声处理20分钟后向混合溶液A加入一定量的1,3,5-三甲酰间苯三酚和适量的2,5-二乙氧基对苯二酰肼得到混合溶液B；然后让混合溶液B经过三次急速冷冻、抽真空、解冻、脱气的循环以完成真空萃取。萃取后的反应物在真空干燥箱中真空加热2～3天，然后用丙酮和甲醇各洗涤3次，洗涤后冻干得到COF材料。