[发明专利]一种吸附铅离子的改性锆基有机金属框架吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种吸附铅离子的改性锆基有机金属框架吸附剂及其制备方法与应用。即通过2‑氨基对苯二甲酸，四氯化锆和盐酸在N,N‑二甲基甲酰胺中得到产物UiO‑66‑NH₂，随后经与戊二醛反应得到产物UiO‑66‑GD，UiO‑66‑GD进一步和6‑氨基‑2‑硫脲嘧啶反应得到改性锆基有机金属框架吸附剂UiO‑66‑ATA。本方法操作简单，原料和试剂廉价易得，所得到的金属有机框架可兼容多种官能团，具有超高比表面积和永久孔隙率，对铅离子具有高选择性、高通量吸附作用，为含铅污水处理提供了一类新型高效的吸附材料，也为新型吸附材料的设计、合成提供了新方法。

技术领域

本发明涉及一种吸附铅离子的改性锆基有机金属框架吸附剂的制备方法及其应用，属于吸附剂制备技术领域。

背景技术

随着电池制造、油漆应用、石油精炼、矿产生产等工业的发展，大量有毒重金属离子进入到水循环系统(地表水和地下水)并有可能进一步进入到生物体。其中，铅金属因其具有剧毒性、致瘤性、生物累积性、难降解等性质而被列为威胁人体健康和生态环境的有害污染物，并在2019年7月被第一批列入有毒有害水污染物名录。即使在较低含量下，铅也会引发人体神经、智力、生殖和血液系统的不可逆损伤。与此同时，铅金属因具有较低熔点，较高耐腐蚀性，较好重塑性等优点而被广泛应用于化工、电缆、蓄电池和放射性防护等工业领域。因此，从水溶液中选择性的去除铅离子并进行回收再利用成为环境等工程技术领域的研究重点。

目前铅的主要吸附去除方法有沉淀法、生物法、电化学法、离子交换法和吸附法。其中化学沉淀法产生的沉淀物难以处理、选择性差、会造成二次污染；生物法中用于吸附铅离子的专项微生物在环境中存在的种类较少，且该类微生物的种间竞争不具备优势，寿命较短；离子交换法和电化学法则成本相对较高，重复利用性也较差。吸附法因其高效，操作简单、吸附剂可再生、无二次污染等诸多优点，而被认为是铅离子去除的最有效方法。常用的吸附剂有活性炭、树脂、天然矿物、农副产品、二氧化硅等。其中金属有机框架因具有超高比表面积、结构多样、官能团可调、永久孔隙率等优点而成为吸附剂材料的热选、优选之一。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种吸附铅离子的改性锆基有机金属框架吸附剂及其制备方法与应用。该改性锆基有机金属框架吸附剂可用于选择性吸附酸性水溶液中的铅离子，材料成本低廉，制备工艺简单，易与水溶液分离，具有高吸附性且可重复使用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种吸附铅离子的改性锆基有机金属框架吸附剂，其结构式为：

上述吸附铅离子的改性锆基有机金属框架吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将盐酸、2-氨基对苯二甲酸和四氯化锆依次加入到N,N-二甲基甲酰胺中，回流反应后液固分离，所得固体样品用N,N-二甲基甲酰胺洗涤离心后真空干燥，将得到产物标记为UiO-66-NH₂。

(2)将步骤(1)得到的UiO-66-NH₂加入到无水乙醇溶液中混合均匀，加入戊二醛溶液回流反应后液固分离，取出固体物质用无水乙醇洗涤离心分离后真空干燥，将得到的产物标记为UiO-66-GD。

(3)将步骤(2)得到的UiO-66-GD加入到N,N-二甲基甲酰胺中混合均匀，再加入6-氨基-2-硫脲嘧啶，回流反应后液固分离，取出固体用N,N-二甲基甲酰胺洗涤离心后真空干燥，得到最终改性锆基有机金属框架吸附剂，标记为UiO-66-ATA。

作为优选的，上述步骤(1)中N,N-二甲基甲酰胺与2-氨基对苯二甲酸液固比为40:1～50:1mL/g，盐酸与N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:400～1:600，2-氨基对苯二甲酸与四氯化锆的质量比为1:1～1.2:1。