[发明专利]一种含锆有机框架材料复合气凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种含锆有机框架材料复合气凝胶及其制备方法与应用，所述含锆有机框架材料复合气凝胶包括含锆有机框架材料和琼脂糖气凝胶，所述含锆有机框架材料附着在琼脂糖气凝胶的孔结构中；本发明通过溶剂热法制备含锆有机框架材料，采用直接混合法将含锆有机框架材料与琼脂糖混合得到含锆有机框架材料复合气凝胶；所述含锆有机框架材料复合气凝胶机械性能优异，稳定性好，具有丰富的孔结构，能有效吸附去除废水中的含氧阴离子；容易分离，能够回收再利用，再生后吸附性能恢复率高；且制备方法操作简单、安全、成本低且适用性广。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种含锆有机框架材料复合气凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

随着工业的快速发展，含氧阴离子作为污染物广泛存在于废水、被污染的饮用水源及地下水中，在一定程度上对环境和人类的健康构成威胁。与有机污染物相比，含氧阴离子存在流动性高、难降解等问题，在生物体内长期积累会产生致癌作用。水环境中的含氧阴离子污染已受到全球关注，污废水中有毒含氧阴离子的去除方法主要包括电化学处理、生物处理、膜过滤等，其中，吸附法因其高效、易于实施且成本相对较低等优点，广泛应用于含氧阴离子的去除过程中。

金属有机框架材料是一种由金属节点与有机连接体合成的新型材料，其中由锆金属节点合成的金属有机框架材料，具有丰富的孔结构、良好的化学及热稳定性，可作为吸附剂应用于水处理过程中，但在应用的过程中由于粉末结晶的状态以及回收过程复杂等问题限制其应用性能。气凝胶是一种低密度、高孔隙率、高比表面积的轻质多孔材料，与金属有机框架材料制备复合纳米材料气凝胶可以增强金属有机框架材料的机械性能、增加比表面积且易于回收。

CN110483831A公开了一种MOF气凝胶及其制备方法。该方法的主要步骤包括:1)以Co的无机盐为原料；2)以聚丙烯酸(Poly(acrylic acid)，PAA)为添加剂；

3)以环氧丙烷为凝胶促进剂，制备含有Co的前驱体凝胶；4)将上述前驱体凝胶在含有2-甲基咪唑的甲醇溶液中老化，将其转换为MOF凝胶；5)采用超临界干燥获得MOF气凝胶。所制备的气凝胶的特征包括:1)晶体结构为ZIF-67结构；2)比表面积在500～1000m²/g之间；3)气凝胶的微观结构为尺寸在10～200nm之间的MOF颗粒。然而，该发明是采用两步法制备MOF气凝胶，操作繁琐，同时，也未验证该MOF气凝胶对含氧阴离子废水或有机砷废水的处理效果。

因此，提供一种比表面积大、稳定性强、制备操作简单且易于回收的多孔吸附剂用于高效去除含氧阴离子废水及有机砷废水是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含锆有机框架材料复合气凝胶及其制备方法与应用，所述含锆有机框架材料复合气凝胶包括含锆有机框架材料和琼脂糖气凝胶，所述含锆有机框架材料附着在琼脂糖气凝胶的孔结构中；所述含锆有机框架材料复合气凝胶机械性能优异，稳定性好，具有丰富的孔结构，能有效吸附去除废水中的含氧阴离子；容易分离，能够回收再利用，再生后吸附性能恢复率高；且制备方法操作简单、安全、成本低且适用性广。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种含锆有机框架材料复合气凝胶，所述含锆有机框架材料复合气凝胶包括含锆有机框架材料和琼脂糖气凝胶，所述含锆有机框架材料附着在琼脂糖气凝胶的孔结构中。

本发明中，含锆有机框架材料具有较大的比表面积、良好的水稳定性，且锆对多种含氧阴离子具有较强的亲和力，可高效去除水中含氧阴离子，含锆有机框架材料/琼脂糖气凝胶以琼脂糖为基础，质量轻，具有多孔结构、密度低，机械性能及稳定性优异，投加至水中后可简化固液分离过程，达到去除水中含氧阴离子的目的。

本发明的目的之二在于提供一种上述含锆有机框架材料复合气凝胶的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将含锆化合物与第一调节剂溶解于第一溶剂中，经第一次加热得到混合溶液；