[发明专利]一种基于铁基金属‑有机骨架材料的磁性吸附剂制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种基于铁基金属-有机骨架材料的磁性吸附剂制备方法及应用。

背景技术

磷是引起各类水体富营养化的营养元素之一，过量的磷经各种途径进入水体后会导致藻类和其他水生生物的过度生长，从而破坏水体的原有生态平衡，对水质安全和水生生物造成极大威胁。因此，水体中磷酸根的去除方法成为研究的热点，开发高效、低耗的去除水中磷酸盐的技术具有重要现实意义。

目前，磷酸根的去除技术包括化学法、生物法和吸附法等多种方法。其中化学法具有药剂费用高，易造成二次污染等缺点，生物法的很多研究成果仅处于实验阶段，因而难以达到实际应用的目的。近年来，吸附法因为成本低、效果好、可回收磷资源等特点逐渐引起人们的高度关注。

目前，MIL（Materials of the Institute Lavoisier）系列材料已成为吸附领域研究最为广泛的金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks，MOFs）之一。该材料是由铬、铁、铝或钒等金属与对苯二甲酸或均苯三甲酸等刚性多齿羧酸配体通过自组装而成的具有多孔结构的晶体材料，在吸附、分离和催化等方面表现出了优异性能。在MOFs中负载磁性Fe₃O₄材料，有利于吸附剂回收利用，同时，Fe₃O₄也是一种性能优良的吸附材料。由于镧系元素与磷具有很好的亲和力，因此，在Fe₃O₄中加入La、Ce等，以增强吸附剂的吸附性能。

本发明首先通过溶剂热法制备掺杂La的纳米Fe₃O₄（La-Fe₃O₄），然后在其表面包覆铁基MIL材料（MIL(Fe)），以得到磁性复合吸附剂，并应用于吸附去除水中磷酸根。在La-Fe₃O₄表面包覆MIL-101(Fe)材料，提高La-Fe₃O₄的分散性，并充分发挥MIL(Fe)的吸附富集水中污染物的性能，同时发挥La-Fe₃O₄和MIL(Fe)材料之间的协同吸附效应，从而有效提高污染物的吸附去除效率。所以，本发明为处理磷酸盐废水提供广阔的前景。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于铁基金属-有机骨架材料的磁性吸附剂制备方法，并应用于水中磷酸根的去除。本发明的方法具有设备简单、操作方便、成本低廉、磷酸根去除效率高以及易于循环利用等优点。

本发明的技术方案是：一种基于铁基金属-有机骨架材料的磁性吸附剂制备方法及应用，其特征在于：首先采用溶剂热法制备掺杂La的纳米Fe₃O₄（La-Fe₃O₄），然后在其表面包覆MIL(Fe)，以得到La-Fe₃O₄@MIL(Fe)磁性复合材料；并将其应用于吸附去除水中磷酸盐。

所述La-Fe₃O₄@MIL(Fe)磁性复合材料制备方法包括以下步骤：

（1）La-Fe₃O₄制备：先将2.6 g FeCl₃∙6H₂O、0.02～1.97g La(NO₃)₃·6H₂O和1.0 g柠檬酸钠溶于80 mL乙二醇中，再加入4.0 g醋酸钠，强烈搅拌30 min，然后将溶液封装在聚四氟乙烯内衬的反应釜中，200 ℃下反应10 h，冷却到室温下，离心所得黑色固体依次用乙醇、去离子水乙醇洗涤数次，60 ℃真空干燥；