[发明专利]一种金属有机框架材料及其绿色合成方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属有机框架材料及其绿色合成方法，以及在有机染料废水吸附处理中的应用。该合成方法包括：(1)将有机配体与第一低共熔溶剂混合溶解，得到第一混合溶液；(2)将金属盐与第二低共熔溶剂混合溶解，得到第二混合溶液；(3)将第一混合溶液与第二混合溶液混合，进行配位反应，得到金属有机框架材料。本发明合成方法绿色环保，生产成本低和可重复性强，而且所得的金属有机框架材料用于有机染料废水吸附处理过程中，吸附效率高，能够循环使用等优点。

技术领域

本发明涉及有机染料废水吸附的技术领域，尤其涉及一种用于有机染料废水吸附的金属有机框架材料及其绿色合成方法和应用。

背景技术

随着时代的发展和工业步伐的加快，环境污染问题已经越来越严峻。其中，有机染料废水尤为严峻。据报道，目前商业染料和颜料大约有105种，全球年产量超过7×10⁸kg。在各工业中，纺织工业每年消耗的染料可以达到10⁷kg，其中90％被应用在纺织物上。由于加工不当等原因，每年纺织工业的废水排放量高达10⁶kg。由于有机染料分子通常都是复杂的芳香族分子结构，这使得它们不易生物降解且容易致癌，采取有效的方法处理水体中有机染料，能够减轻水体污染对环境和人类的危害。当前，对有机染料废水的处理方法包括吸附、混凝、离子交换、化学沉淀和电化学方法等。其中，吸附法因其高效、易操作、低能耗、低成本和可回收而备受关注。近年来，寻找高效、绿色和经济的吸附剂材料一直是研究的重点问题。

金属有机框架(Metal organic frame，简称MOFs)材料是有金属离子和有机配体(有机羧酸、有机磷酸，有机磺酸和有机氮)通过配位组装构成的一类有机-无机多孔材料。由于具有超高的比表面积、易功能化修饰、良好的物理化学和热稳定性等优点，使其在催化、水污染物去除、气体吸附和分离等领域表现出优越的性能。MOFs通常采用的合成方法主要包括蒸发溶剂法、扩散法(又可细分为气相扩散、液相扩散、凝胶扩散等)、溶剂热法、超声和微波法等。其中，溶剂热合成方法最为普遍，该方法需要消耗大量的有机溶剂，如N,N-二甲基甲酰胺，二氯甲烷和乙腈等，这些溶剂本身的毒性，易挥发和腐蚀性等使其在实际运用过程中，对环境和设备造成巨大的危害。

发明内容

针对现有技术中溶剂热合成金属有机框架材料时采用常规有机溶剂带来的缺点，本发明提供了一种金属有机框架材料及其绿色合成方法，以及在有机染料废水吸附过程中的应用。本发明合成方法绿色环保，生产成本低和可重复性强，而且所得的金属有机框架材料用于有机染料废水吸附过程中，吸附效率高，能够循环使用等优点。

本发明第一方面提供了一种金属有机框架材料的绿色合成方法，包括：

(1)将有机配体与第一低共熔溶剂混合溶解，得到第一混合溶液；

(2)将金属盐与第二低共熔溶剂混合溶解，得到第二混合溶液；

(3)将第一混合溶液与第二混合溶液混合，进行配位反应，得到金属有机框架材料。

上述技术方案中，步骤(1)所述的有机配体包括羧酸配体可选自对苯二甲酸、间苯三甲酸、2,5-二羟基对苯二甲酸中的至少一种。步骤(2)所述的金属盐包括铁盐、锌盐、铜盐、锆盐中的至少一种。所述第一低共熔溶剂包括对甲苯磺酸和咪唑盐I，第二低共熔溶剂包括对甲苯磺酸和咪唑盐II。其中，咪唑盐I和咪唑盐II可以相同，也可以不同。

上述技术方案中，步骤(1)所述第一低共熔溶剂为碱性低共熔溶剂，pH值可以为8-11，所述碱性低共熔溶剂包括对甲苯磺酸和咪唑盐I，所述对甲苯磺酸和咪唑盐I的摩尔比为1:3-1:6。所述碱性低共熔溶剂的碱性可以由咪唑盐I来调节，比如1-甲基咪唑、1-乙基咪唑和1-丁基咪唑中的至少一种。其中，咪唑盐I选自通式(I)中的至少一种：

其中，n选自1、2、3或4。