[发明专利]一种环糊精金属有机框架碳材料的制备及其在水处理中的应用

说明书

一种环糊精金属有机框架碳材料的制备及其在水处理中的应用，该制备方法首先将γ‑环糊精与氢氧化钾反应制得γ‑环糊精金属有机框架(γ‑CD MOF)，再将γ‑环糊精金属有机框架置于保护保护下进行高温烧制得到环糊精金属有机框架碳材料。该材料首先能够解决γ‑CD MOF水不稳定性的问题，其次该材料能够继承γ‑CD MOF的多孔特性以及表面具有丰富的含氧官能团，从而可以作为一种新型的水体重金属离子的修复材料。

技术领域

本发明总体涉及环境污染修复领域，具体涉及一种环糊精金属有机框架碳材料的制备及应用方法。

背景技术

镉是一种工业上很常见的重金属，主要来源于采矿、电镀、冶炼、电池和涂料等。镉对人体健康有很大的威胁，首先进入人体内的镉不能被降解，其次镉暴露对人群可能会造成癌症，肾脏损伤、骨损伤和血尿等。据统计，我国农田的镉污染情况十分严峻，面积超过1.3万公顷，涉及11个省市的25个地区。根据我国的农田灌溉水质标准(GB5084-2005)规定，灌溉水中的总镉含量不能超过0.01mg/L。我国南方稻田中灌溉水的年平均用量将近9000m³/公顷，因此，即使灌溉水符合标准，但是这种灌溉水中低浓度但高通量的镉对于农田和粮食中的镉含量的贡献也是不容忽视的。

目前，对于去除水中的重金属的方法主要有化学沉淀、反渗透、离子交换和吸附法。化学沉淀法是一种目前应用较为广泛的传统的水处理方法，主要是通过向水中投放化学试剂使得水中的重金属离子形成沉淀的形式从而达到去除的效果，但是该方法会产生二次污染，而且对于低浓度的重金属离子的效果较差。反渗透法也是目前应用在水处理中的一种方法，虽然它对重金属的去除效果及价格都很好，但是它的效率确不是很高，即得到的净水量远远低于使用的污水量。吸附法是一种经济有效环保的水处理方法，但是设计一种高效绿色经济的吸附剂是核心问题。

环糊精MOF材料是一种新型的由γ环糊精和钾离子组成的绿色MOF材料，因其具有丰富的多孔结构以及丰富的含氧官能团而被应用于气体储存领域。但是它具有水不稳定性，因此限制了其在水环境修复领域。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种环糊精金属有机框架碳材料的制备及应用方法，既可以解决环糊精金属有机框架水不稳定性的问题，又能继承其多孔以及表面具有丰富含氧官能团的特点。然后利用该材料具有丰富含氧官能团的特性，将其应用于修复重金属污染的水中。

根据本发明的第一方面，提供一种环糊精金属有机框架碳材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将一定量的γ-环糊精(γ-CD)和氢氧化钾溶于水中，将该溶液置于室温下甲醇气体氛围中至晶体长出；将得到的晶体用甲醇清洗后干燥，得到γ-环糊精金属有机框架(γ-CD MOF)；

2)将干燥好的γ-环糊精金属有机框架置于气氛炉中在氮气或惰性气氛保护下高温烧制，待冷却至室温后取出，即得到环糊精金属有机框架碳材料。

进一步地，所述的步骤1)中，所述的γ-环糊精与氢氧化钾的摩尔比为1:8～1:10。

进一步地，所述的步骤2)中，所述的烧制温度为600～800℃，保温时间为4～6h。

进一步地，发明人通过大量实验意外发现，在所述的步骤2)中，当升温速率控制在0.5-2℃/min极低的范围下，有机气体得以缓慢释放，从而使γ-环糊精金属有机框架能以保持，并能够获得具有较大比表面积(11.4m²/g)和大量纳米孔径(2.3nm)的碳材料，此外，也能使含氧官能团得以大量留存下来。

根据本发明的第二方面，提供一种环糊精金属有机框架碳材料，采用上述制备方法制得。所述碳材料的表面富有丰富的孔状结构和含氧官能团。

根据本发明的第三方面，提供将上述环糊精金属有机框架碳材料应用于吸附水中重金属的方法。