[发明专利]一种以金属有机骨架材料碳化得到的多孔碳为吸附剂用于吸附水环境中有机污染物的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程中的水污染控制领域，涉及以金属有机骨架材料 (MOFs)碳化得到的多孔碳材料作为吸附剂用于吸附以抗生素、酚类化合物以 及偶氮染料等为代表的广泛存在于水体中的有机污染物的应用方法。

背景技术

随着现代工业的不断发展，工业废水和生活污水的肆意排放已经使水环境造成 了不同程度的污染，污水中的芳香化合物、偶氮染料等难降解污染物也对人类健康 构成了极大的威胁。目前工业上针对这些有机污染物的处理方法主要包括生物法、 化学氧化法以及膜分离法等。然而研究表明，由于上述方法分别存在微生物新陈代 谢易受到抑制、成本高或膜易被污染等缺陷而限制了它们在实际水处理中的应用， 因此研究出有效的污染物去除新方法具有重要意义。

吸附法是一种低能耗、高容量以及环境友好的去除污水中有机污染物的有效方 法，它能够高效地吸附污水中的有机污染物且不引起二次污染。目前工业上以活性 炭材料作为吸附剂进行污水中有机污染物吸附去除的方法已经得到了广泛的应用， 然而活性炭普遍存在吸附污染物范围窄、使用寿命短、再生困难、再生后机械强度 降低等问题。为了弥补活性炭的不足，寻找新型的、功能更加优越的吸附剂已经成 为亟待被解决的问题。

近年来，以金属有机骨架(MOFs)作为模板经过高温碳化作用制得的多孔碳 材料已经凭借其在气体储存、超级电容器等领域的不断应用而得到越来越广泛的关 注。研究表明，以MOFs作为模板碳化制得的多孔碳材料具有比表面积大、孔径可 调、孔结构发达等特点，这些特性使其有望成为吸附剂，而在污水吸附领域得到广 泛的应用。但是目前对于MOFs碳化得到的多孔碳作为吸附剂用于吸附水环境中的 有机污染物却未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，开发一种以MOFs碳化得到的多孔 碳材料作为吸附剂用于吸附以抗生素、酚类化合物以及偶氮染料等为代表的广 泛存在于水体中的有机污染物的应用方法。

本发明的技术方案：

一种以金属有机骨架材料碳化得到的多孔碳为吸附剂用于吸附水环境中有 机污染物的方法，步骤如下：

以MOFs碳化得到的多孔碳材料为吸附剂吸附水中有机污染物，利用MOFs 碳化得到的多孔碳材料具有比表面积大、孔径分布宽、孔径可调的特点，具有 吸附速率快、吸附容量大的特性；有机污染物的浓度为0.05～100ppm，吸附温 度为25～45℃。所述的多孔碳材料的比表面积不低于1731m²/g，孔径为8～10nm， 其中介孔体积不小于2cm³/g。

所述的MOFs为以Zn为中心离子的MOFs、以Cu为中心离子的MOFs或 以Al为中心离子的MOFs。

所述的有机污染物包括抗生素、酚类化合物以及偶氮染料等为代表的广泛 存在于水体中的有机污染物，污染物去除率均可达到60％以上，最大吸附容量 亦可达到相同条件下活性炭的1～3倍。

本发明利用上述的MOFs碳化得到的多孔碳材料作为吸附剂，是基于该类 材料具有大的比表面积以及发达、可调的孔隙结构，并且孔径分布在微孔至介 孔范围内均有涉及。在吸附过程中，孔径可调的MOFs碳化得到的多孔碳材料 除了对微孔范围内的污染物分子具有高效吸附作用，对超过微孔范围的污染物 仍有较好的吸附效果，从而克服了活性炭对介孔、大孔范围内的污染物吸附效 率低这一难题，实现了对污染物的高效吸附作用。

具体实施方式

以下结合技术方案对本发明做进一步说明。

本发明应用的MOFs碳化得到的多孔碳材料，通过将水热合成方法制得的 MOFs，包括以Zn为中心离子的MOFs，以Cu为中心离子的MOFs或以Al 为中心离子的MOFs，经碳化、酸预处理过程，得到多孔碳吸附剂，分别加入已 盛抗生素、酚类化合物或偶氮染料的管状石英瓶内并置于垂直恒温摇床中，在 不同的温度和污染物浓度范围条件下，评价吸附剂的吸附性能。

实施例1

将以Zn为中心离子的MOFs碳化得到的多孔碳吸附剂分别与0.05～100 ppm的磺胺甲恶唑、双酚A或甲基橙水溶液置于管状石英管内并放于垂直恒温 摇床中，温度范围在25～45℃内，经实验研究表明，吸附平衡时，污染物去除效 率均可以达到80％以上，最大吸附容量可达活性炭的1～3倍。

实施例2