[发明专利]一种可吸附重金属离子MOF材料及其制备方法

说明书

本发明主要涉及金属有机骨架材料技术领域，具体为一种可吸附重金属离子MOF材料及其制备方法，通过掺杂高锰酸钾对MOF材料氧化改性，一方面可以提高MOF材料的粗糙层度，从而增强其吸附性能；另一方面可以将K⁺以及发生氧化还原反应后生成的Mn²⁺同时负载在MOF材料的表面，进一步地增强其吸附性能。本发明中的改性的重金属离子吸附材料对废水中地重金属离子表现出良好的去除效果，并且能够循环利用。本发明操作简单、成本低廉、化学组分易于控制、重复性好且产量高，同时具有结构简单、设计合理、易于制造的优点。

技术领域

本发明主要涉及金属有机骨架材料技术领域，具体地，涉及一种可吸附重金属离子MOF材料及其制备方法。

背景技术

目前酸性矿山废水带来的最大的环境问题是重金属污染，其中镉污染尤为严重，镉离子进入人体极易对人类的免疫、神经以及生殖等系统造成一定损伤。对于水体中重金属离子的去除目前最常见的方法是吸附法，那么对于吸附剂的选择就尤为重要。金属有机骨架材料MOF是一种新兴起的吸附材料，目前关于其合成的报道较多，将其作为吸附剂的报道也越来越多。

在研究的过程中研究人员发现单一的MOF材料在吸附重金属离子上有一定的限制，因此需要对MOF材料进行改性处理，以增大比表面积，增加有效的官能团，增强疏水/亲水性能和表面电荷，从而提高其对重金属离子的吸附能力。改性MOF材料制备及应用在现代材料研究方面呈现出巨大的发展潜力和诱人的发展前景。如CN109174013A的酸性改性MOF容易对MOF骨架造成破坏，因此急需一种温和有效地改性MOF的方法。

发明内容

1.要解决的问题

本发明主要针对现有技术中MOF材料对重金属离子吸附性能较差的技术问题，提供一种可吸附重金属离子MOF材料及其制备方法；通过采用金属离子掺杂氧化法对其进行改性处理，制备出改性的重金属离子吸附材料，并将其应用于吸附处理废水中的镉等重金属离子。

2.技术方案

本发明提供一种可吸附重金属离子MOF材料的制备方法，将MOF材料与高锰酸钾混合反应生成得到K-X-MOF材料，即为所述重金属离子吸附材料；所述X为MOF材料中的配位金属元素；所述MOF材料与高锰酸钾的质量比为(5-8)：3。通过掺杂优选含量的高锰酸钾对MOF材料氧化改性，在不改变材料的整体结构的同时，一方面可以提高MOF材料的粗糙层度，增加改性后的MOF材料与重金属离子的有效接触面积，从而增强其吸附性能；另一方面可以将K⁺以及发生氧化还原反应后生成的Mn²⁺同时负载在MOF材料的表面，从而使改性后的MOF材料水解出大量的氢氧根，当氢氧根与重金属离子接触时可以反应生成沉淀并吸附在其表面，进一步地增强其吸附性能。

优选地，所述混合反应的具体步骤为：

1)将MOF材料与高锰酸钾按照(5-8)：3质量比例称取，然后采用研磨法混合研磨；

2)待其混合均匀后倒入烧杯中并加入蒸馏水，超声反应；

3)超声结束后取出离心、水洗，直至水洗溶液呈中性后离心并烘干，得到所述改性的重金属离子吸附材料。

优选地，所述2)步骤中的反应温度为45-60℃，时间为20-50min。

优选地，所述3)步骤中离心、水洗的次数为3-8次；所述离心的转速为3500-8500r/min，每次离心的时间为5-30min。

优选地，所述混合反应的详细步骤为：

1)将MOF材料与高锰酸钾按照(5-8)：3质量比例称取，然后采用研磨法混合研磨5-20min；

2)待其混合研磨均匀后倒入100mL烧杯中，后向其中加入40-70mL蒸馏水，将温度升至45-60℃并超声反应20-50min；