申请日2018.10.17
公开(公告)日2019.01.11
IPC分类号B01J20/22; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/30
摘要
本发明一种应用于活性艳红吸附处理的新型材料。在常温常压下的甲醇溶液体系中以六水合硝酸锌和2‑甲基咪唑为原料，通过添加不同分子量的聚乙二醇(PEG)和乙二胺常温合成一种新型的MOF材料，实验表明：分子量为2000的PEG改性ZIF‑8，对活性艳红的吸附效果相比于改性之前吸附性能和溶剂热稳定性均有所提高，且提高了材料的耐老化性能。吸附性能评价结果表明，ZIF‑8/PEG在吸附性能上显示出潜在的巨大优势。
权利要求书
1.以六水合硝酸锌和2-甲基咪唑为原料，通过添加聚乙二醇(PEG)和乙二胺常温合成一种新型的MOF材料ZIF-8/PEG，并将其应用于活性艳红的吸附。
2.合成ZIF-8投入添加剂聚乙二醇PEG分子量为1000-6000，不同添加剂合成的ZIF-8材料有不同的吸附效果。
3.合成ZIF-8投入添加剂聚乙二醇PEG的量为总固体含量的10%-50%。
说明书
一种应用于处理活性艳红难降解废水的新的MOF材料合成方法
技术领域：
本发明属于环境治理领域MOF材料的改性合成及水处理工程应用。
背景技术：
偶氮染料活性艳红是应用最广泛的一类合成染料，其对水环境危害大，是公认的难处理废水之一。在众多的处理技术中，吸附技术的优点在于其有害副产物少、吸附剂再生简易、成本较低和设计、操作简单。吸附技术的关键在于吸附材料，目前主流的吸附剂为活性炭，因其价格便宜而被广泛应用，但其疏水性差，当废气中含有一定量的水蒸气时会影响活性炭的吸附性能，同时孔道容易堵塞，且活性炭再生困难，再生过程可能产生二次污染.相对于活性炭，金属有机框架(Metal-OrganicFrameworks，MOFs)为一种类沸石材料，由于桥联有机配体较长，导致MOF可以具有较大比表面积和孔隙率。MOF化合物的框架大都具有一定的柔性，这是传统分子筛多孔材料不具备的特点。因此，MOF框架的柔性会导致某些奇特的功能，例如：多步的吸/脱附过程。在去除环境污染物方面的研究受到人们的广泛关注。沸石咪唑酯骨架材料(Zeolitic Imidazolate Frameworks，ZIFs)是金属有机框架材料中的一种，而ZIF-8是其中最具有代表性的一种，其具有较高的溶剂热稳定性，具有沸石SOD型拓扑结构，笼径约为1.16nm，孔径为0.34nm，小孔径、大孔笼结构使其具有极大的吸附容量.配体2-甲基咪唑的取代基团对结构与性质起非常重要的作用。不同取代基互相之间的距离较近，形成相互排斥作用，这种排斥作用因取代基的大小、形状不同而强度不同。这些疏水取代基位于金属离子附近，能保护金属中心不被极性溶剂分子和质子进攻。因此，含疏水取代基咪唑的ZIF-8具有很好的化学稳定性，在包括水等溶剂中也具有较高的稳定性。ZIF-8因其所具有的独特孔道结构、较大的吸附容量、较好的疏水性等特点，在吸附方面显示出一定的优越性。因此作为本实验处理液相偶氮废水的研究对象。聚乙二醇是非离子型的水溶性聚合物，它能与许多极性较高的物质配伍，PEG的水溶性强，在液相介质中，其分子表面的醚键带有微弱的负电荷，聚乙二醇起到了造孔剂的作用。这是由于聚乙二醇热分解后在薄膜中产生的气孔的孔径和数量增加，具有更大更多孔的薄膜有更大的比表面积，而容易与空气中的水结合，产生更多的羟基-OH。聚乙二醇作为一种非离子表面活性剂，可以影响和调节ZIF-8颗粒分布和孔结构、物化特性和网络结构与分形特征等。作为添加剂对材料进行改性，并显示出较好的吸附性能。
发明内容：
本发明使用了一种新型的添加剂PEG，改进了现有ZIF-8材料对活性艳红的吸附性能，提高了原来材料的耐老化性能和溶剂热稳定性。
本发明通过添加这种添加剂后吸附活性艳红的情况有了显著的改善。在实验中，对活性艳红的的各因素进行了深入研究，包括温度、pH值、以及吸附时的条件控制，振荡时间和超声时间等。测试结果表明吸附活性在常温下的吸附效果很好，可以满足实际运用，对PH值的测试中我们发现，在pH值为7.0-8.0时有较好的吸附效果，这个PH值和污水厂的污水环境很相似，这表明了这种改良吸附剂可以在环境水处理吸附领域应用。
具体实施方式：
实施例1
本发明的ZIF-8合成：按照2-甲基咪唑∶六水和硝酸锌=1∶4的比例进行合成。将其各自溶解于甲醇中，然后搅拌混合溶液A，用离心机清洗3次，离心(8000rpm，10分钟)除去上清液。对最终产物进行真空干燥，从而获得ZIF-8。
本发明的ZIF-8/PEG的合成：在混合溶液A中添加一定量的不同分子量的PEG并不断搅拌是PEG完全融化，对混合溶液用离心机清洗3次，离心(8000rpm，10分钟)除去上清液。对最终产物进行真空干燥，从而获得ZIF-8/PEG。
设置吸附活性艳红废水温度为0-50℃，以及PH值在1.0-12.0时投加合成的ZIF-8/PEG检测其吸附能力，发现温度在室温20-30℃，PH在7.0-8.0时吸附效果较好，吸附量达38.7mg/g。
实施例2
将上述不同方式合成的ZIF-8吸附剂添加到偶氮废水活性艳红中，通过紫外可见分管光度计进行检测，可知通过添加不同分子量的PEG改性的ZIF-8对活性艳红X-3B的吸附性能均有所提高，其中以分子量为2000的PEG为添加剂的改性ZIF-8/PEG效果最好，吸附效率较未改性的ZIF-8吸附效率提高20%-25%。