[发明专利]一种污泥基金属有机框架材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种污泥基金属有机框架材料的制备方法。本方法充分利用污泥中的重金属和有机质作为功能材料的制备原料，通过热‑酸法对污泥中蛋白质的提取和水解，得到不同种类和单一空间构型的氨基酸。水解得到的不同氨基酸作为金属有机框架的混合配体可以提高结构的多样性，氨基酸的单一空间构型也提高了结构的稳定性，赋予该同步分离‑限域催化材料新的应用潜力，实现污泥的资源化利用。

技术领域

本发明属于污泥资源化技术领域，尤其涉及一种污泥基金属有机框架材料的制备方法。

背景技术

污泥是污水处理厂对污水进行净化处理后的产物，其成分十分复杂，含有大量的重金属和有机质（主要为蛋白质）以及难以降解的有害物质。随着人口增加和工业发展，工业污泥、市政污泥等不同污泥的产量也急剧增加。2020年我国的污泥产量预计将突破6000万吨（含水率80%），对地质环境及生态环境造成严重的污染和破坏，并危害人体健康。当前我国的污泥处理尚处于初级阶段，对污泥的安全无害化处置率尚不足30%，污泥的处置已经成为紧迫的问题。

金属有机框架材料是由无机金属中心（金属离子或金属簇）与桥连的有机配体通过自组装相互连接，形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料。金属有机框架材料具有比表面积大、孔隙率高、结构可调控和易功能化等优良特性，在吸附、传感、气体储存与分离以及催化领域得到了广泛应用。其中，氨基酸配体具有多样的结构和反应位点，通过调控无机金属中心和氨基酸配体的种类和桥联方式，制备的金属有机框架可以具有不同的结构特征，进而决定了其不同的功能和应用特性。此外，氨基酸可以参与孔洞尺寸的调节，提高材料的生物相容性。因此，氨基酸作为金属有机框架材料的配体已经引起广泛关注。

发明内容

本发明提供了一种污泥基金属有机框架材料的制备方法。本方法充分利用污泥中的重金属和有机质作为功能材料的制备原料，通过热-酸法对污泥中蛋白质的提取和水解，得到不同种类和单一空间构型的氨基酸。水解得到的不同氨基酸作为金属有机框架的混合配体可以提高结构的多样性，氨基酸的单一空间构型也提高了结构的稳定性，赋予该同步分离-限域催化材料新的应用潜力，实现污泥的资源化利用。

为了实现上述的目的，本发明提供以下技术方案：

一种污泥基金属有机框架材料的制备方法，通过热-酸法在污泥中蛋白质的提取和水解过程中保护氨基酸的结构不受破坏且均为L-空间构型，同时，污泥水解得到的氨基酸作为金属有机框架材料的混合配体，在污泥中/外加的配位中心体诱导下形成金属有机框架材料，并在多尺寸的孔洞框架内实现气态有机污染物的同步分离-限域催化。

具体的，通过热-酸法在污泥基蛋白质的提取和水解过程中保护氨基酸的结构不受破坏且均为L-空间构型，有利于提高金属有机框架材料的稳定性。同时，污泥水解得到的氨基酸种类丰富，作为金属有机框架材料的混合配体，能提高孔洞尺寸的多样性，保障多组分气体的高效分离。外加的配位中心体（镍、钴、锌等金属离子）不仅能诱导金属有机框架材料的形成，还能通过所制备材料特有的高孔隙率提升催化活性位点密度，对污泥气化产物脱焦具有良好的催化效果，从而确保所制备的污泥基金属有机框架材料具有同步分离-限域催化性能。

所述的污泥基金属有机框架材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）污泥蛋白质的提取与水解：取污泥加入浓硫酸调节pH，在一定温度下反应，此时污泥中微生物体内的蛋白质大部分被提取到污泥溶液中，热-酸法不仅避免了热-碱法对氨基酸结构的破坏，和酶水解法相比也具有更好的水解效果，反应结束后，再次加入浓硫酸进行回流反应，令提取的蛋白质被水解，得到产物溶液备用；

（2）污泥基金属有机框架材料的制备：向步骤1所得产物溶液中加入金属离子，室温下搅拌均匀，静置后过滤，将滤液移至水热反应釜中，加入反应助剂，一定温度下进行水热反应，反应结束后自然冷却得到污泥基金属有机框架材料。

进一步的，所述步骤1中污泥的含水率为85-95%。