[发明专利]一种共价有机骨架/生物炭复合材料及制备和应用有效

专利信息
申请号: 202110102162.6 申请日: 2021-01-26
公开(公告)号: CN112724980B 公开(公告)日: 2022-04-08
发明(设计)人: 蔡超;欧阳婷婷;范家俊;林姗娜;侯艳伟;朱永官 申请(专利权)人: 中国科学院城市环境研究所;中国科学院大学
主分类号: C09K17/14 分类号: C09K17/14;B09C1/08;C09K101/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 一种 共价 有机 骨架 生物 复合材料 制备 应用
【说明书】:

发明公开了一种共价有机骨架/生物炭复合材料及制备和应用。该材料以高温裂解方法制备生物炭,进而在生物炭表面包覆共价有机骨架得到共价有机骨架/生物炭复合材料RH/COF,并应用于重金属污染水体和土壤的修复。本发明的有益效果在于,成功制备了一种共价有机骨架/生物炭复合材料,合成方法简单,易操作,复合材料产率高,重金属吸附性能优异。本发明中的共价有机骨架/生物炭复合材料表面具有丰富的碱性吸附位点,吸附能力显著提升,不仅能用于吸附水溶液中的重金属,还能有效降低土壤中重金属有效态含量。

技术领域

本发明涉及重金属污染治理领域,特别涉及一种共价有机骨架/生物炭复合材料及其制备方法和在治理水体和土壤重金属污染中的应用。

背景技术

随着工业化的加速发展,我国环境污染特别是土壤重金属污染问题已经愈加严峻,污染土壤中的重金属具有隐蔽性、蓄积性、难降解性和协同性等特点,土壤重金属污染会直接或间接地危害人民身体健康。据估算,目前我国土壤重金属点位超标率约13.3%,面对如此严重的土壤重金属污染现状,需要找到切实有效的方法降低土壤重金属环境风险。目前重金属污染土壤修复方法主要有植物修复法、微生物修复法、电化学修复法、土壤淋洗法、物理化学修复法等,但这些修复方法在实际应用中仍存在一些不足,比如修复周期长、修复效率差、修复成本高、操作复杂等。

钝化剂修复法被认为是治理土壤重金属污染最有效的措施之一,其通过向重金属污染土壤中添加钝化剂,使钝化剂与重金属之间发生吸附、沉淀、络合和氧化还原等一系列反应,能显著降低污染土壤中重金属可迁移性和生物有效性,从而达到修复重金属污染土壤的目的。钝化剂修复法具有修复效率高、投入成本低、操作简便等特点,可用于大面积的重金属污染土壤修复,而钝化剂修复法的关键要点是开发高效的钝化剂材料。

生物炭是一类将农用废弃物在高温限氧条件下裂解制得的富炭类物质,其表面存在丰富的含氧官能团,这些含氧官能团可作为重金属吸附位点,同时生物炭还具有制备来源广泛和制备成本低的优点,近年来生物炭作为土壤重金属钝化剂在污染环境修复方面得到广泛关注。但生物炭作为土壤重金属钝化剂在一些土壤中使用时存在钝化效率低的问题,如稻秆生物炭不能高效钝化土壤中的重金属镉和铅(Fan JJ,Cai C,Chi HF etal.Journal of Hazardous Materials,2020,388,122037)。因此在实际应用中,需要通过一系列改性方法来提高生物炭性能。

共价有机骨架材料是一类由含C、N、H、O等元素的有机构筑基元通过共价键连接起来的有机多孔材料,具有比表面积高、结构有序和功能可控等特点,近几年在重金属吸附领域展现出巨大应用前景。目前已经成功开发出了一系列具有高重金属离子吸附量的共价有机骨架材料。然而共价有机骨架材料存在扩散性差,容易团聚等问题(Hao Q,Zhao CQ,SunB,etal.J.Am.Chem.Soc,2018,140,38,12152-12158.),使其在重金属吸附领域的应用受到影响。因此是否可以创造一种新的方法,开发一种可使生物炭和共价有机骨架充分发挥各自优势的复合材料,克服单一材料的缺陷,进而产生协同效应已成为科研工作者面临的一个挑战,但这方面的研究工作尚未见报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有材料和技术存在的不足而提供一种共价有机骨架/生物炭复合材料及其制备方法和在治理水体和土壤重金属污染中的应用。

本工作中,我们以生物炭为基础材料,以共价有机骨架材料作为功能表面,制备了一种共价有机骨架/生物炭复合材料RH/COF,合成方法简单,易操作,复合材料产率较高,重金属吸附性能强。本发明中的共价有机骨架/生物炭复合材料表面具有丰富的碱性吸附位点,吸附能力显著提升,既可以应用于高效吸附水溶液中的重金属,还能有效降低土壤中重金属有效态含量。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

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