[发明专利]一种铋基金属有机框架材料快速去除废水中氯离子的方法

说明书

本发明提供了一种铋基金属有机框架材料快速去除废水中氯离子的方法。该方法利用可溶性铋酸盐与无毒有机酸形成多孔的铋基金属有机框架材料作为除氯试剂，将铋基MOFs材料加入到含氯废水中，调节废水的pH值和搅拌时间，并控制铋离子与氯离子的摩尔比，过滤后得到低浓度氯含量的合格滤液与氯氧化铋产品。

技术领域

本发明涉及一种基于铋基金属有机框架（MOFs）材料快速去除废水中氯离子的方法，达到高效、节能和价廉的处理效果，属于环境保护中的废水处理领域。

背景技术

氯离子污染已成为一个日益严重的环境问题，对农业灌溉和渔业产生有害影响，不容忽视。有色金属冶炼、鞣制和内陆海水淡化等工业过程通常产生的废水中的高浓度氯，在工业发展过程中，各种对环境和人类有害的废水被排放，涉及严重的环境问题。从污染处理的角度来看，去除环境中的污染物具有重要意义。许多去除氯离子的方法已被报道，如化学沉淀、吸附、离子交换、液体萃取、电化学方法和膜技术。但需要注意的是，由于这些抗菌剂对氯离子的大粒径和不利的形态，其在去除氯离子时的剂量消耗高且耗时过长，因此大多数方法都是成本过高的。

目前，科研工作者选用各种铋基材料使其铋离子与废水中氯离子相结合形成难溶的氯氧化铋物质，从而达到去除氯离子的目的，虽然去除量很高，但存在耗时较长。黄寿强等人（用含氧化物量子点/二维薄片的Bi(III)去除和回收浓渗滤液中的氯离子[J]，Journal of Hazardous Materials, 382, (2020), 121041）利用Bi₂O₃的量子点/2D薄片和磁铁矿Bi-Ti复合材料，在最佳条件下反应8个小时后，氯离子去除率分别为61.8%和66.1%。彭先佳等人（利用Bi₂O₃对强酸性废水中氯离子的去除：效率提高及反应机理[J]，Environ.Sci. Technol. 2019, 53, 10371−10378）中，采用紫外线照射方法，发现氯离子去除效率在30分钟可从63.9%提升到98.3%，Bi₂O₃/Cl^-摩尔比从1.5:1降低到0.5:1，并达到最大的去除效率，在紫外线照射下，废水中所要求的初始硫酸浓度从70 g/L降低到40 g/L，虽耗时与除氯剂有所减少，除氯效率增强，但额外增加紫外光照，且还是在强酸中，成本较高。

现有的铋基除氯材料由于结构和形貌的限制，导致铋离子在含氯废液中溶出时间较长，限制三价铋离子与氯离子的反应速度，Bi₂O₃的溶解是决定氯离子去除效率的最关键反应，这表明该方法还需要相当强的酸性废水。且在除氯过程中需要用紫外光照射铋基半导体，进而促进除氯反应速率。这些方法存在着以下缺点：除氯效率低、耗时长、额外的能源消耗等。为解决上述问题，本发明通过合成大比表面积的铋基金属有机框架材料（MOFs），由于MOFs材料本身具有较大的比表面积，且其孔道可作为氯离子的穿梭通道，并在酸性条件下结构快速坍塌，提高铋离子与氯离子的反应速率，产生氯氧化铋，在最优经济效益下，缩短反应时间，从而达到除氯目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铋基金属有机框架材料快速去除废水中氯离子的方法。

本发明通过优化合成方法合成大比表面积的铋基金属有机框架材料，也就是铋基MOFs材料。如附图1所示，铋基MOFs材料在强酸性含氯废水中发生结构坍塌，快速溶解出三价铋离子，由于MOFs本身具有较大的比表面积，其孔道可作为氯离子的穿梭通道，加速铋离子与氯离子的反应速率，来进行污水中氯离子的去除，在最优经济效益下，缩短反应时间，从而达到除氯目的。得到单一纯相六棱柱铋基MOFs材料，在最优条件下，1分钟除氯效率达到78.8%，10分钟达到85.3%，20分钟达到86.6%，4个小时达到90%，前10分钟反应非常迅速，后续逐渐平稳，在反应速度上得到明显提升。

本发明通过优化铋基MOFs材料的合成方法同时提高氯离子去除速率，包括以下步骤：

(1)合成单一纯相六棱柱型铋基MOFs材料：