[发明专利]基于金属-有机骨架材料衍生铜钴复合碳材料及其方法、废水处理方法

说明书

本发明涉及一种基于金属‑有机骨架材料衍生铜钴复合碳材料及其方法、废水处理方法。本发明基于金属‑有机骨架材料衍生铜钴复合碳材料的方法，将六水合硝酸钴、六水合硝酸铜和2,5‑二羟基对苯二甲酸溶于有机溶剂中，后于150℃的温度下进行溶剂热反应；再冷却，洗涤，干燥，得到前驱体；将前驱体在600～900℃的温度下充满惰性气体以一定流速的管式炉中进行焙烧；冷却后得到基于金属‑有机骨架材料衍生铜钴复合碳材料。本发明基于金属‑有机骨架材料衍生铜钴复合碳材料适用于各种有机废水处理，效率高、持久性好、操作方便、环境友好，为处理有毒有害难生物降解的有机废水提供了广阔的前景。

技术领域

本发明属于水污染控制技术领域，具体涉及一种基于金属-有机骨架材料衍生铜钴复合碳 材料及该铜钴复合碳材料的衍生方法，以及将此铜钴复合碳材料应用于废水处理的方法。

背景技术

随着现代工业的快速发展，进入水环境中的污染物越来越多，其中难降解有机污染物的 广泛存在使得水治理成为世界性难题。难降解有机污染物由于其成分复杂、结构稳定、半衰 期长，传统的微生物、吸附、氧化等物理化学方法难以将其去除。此外，大部分难降解有机 污染物具有一定的毒性，易于在生物体内滞留，从而导致人和动物癌变、畸变及雌性化等。 高级氧化技术具有快速、无选择性、氧化彻底等特点，对水环境中难降解有机污染物及高浓 度有机废水等均有较好的处理效果，为解决这一环境问题提供了有效的解决途径。因此，高 级氧化技术逐渐成为处理难降解有机污染物的首选方法。

近年来基于单过氧硫酸氢盐的高级氧化技术因其氧化能力强、适用pH范围广、操作简 单等优点引起了越来越多研究者的关注与研究。采用过渡金属是活化单过氧硫酸氢盐极为有 效的方式。通过分解单过氧硫酸氢盐(Peroxymonosulfate，PMS)产生氧化能力极强的SO₄^－· 和羟基自由基(·OH)，使该体系在酸性至近碱性条件下对有机废水具有较好的处理效果。 金属有机骨架材料(Metal-Organic Framework，MOFs)是一类由无机金属节点和有机桥连配 体通过配位自组装得到的具有周期性结构的新型材料。最近研究表明，MOFs作为多相催化 剂在污染环境治理方面表现出了突出的性能，特别是在水体污染物的去除方面表现出巨大的 应用前景。

然而采用上述技术处理废水的过程中，金属有机骨架材料活化单过氧硫酸氢盐反应体系 中存在钴离子等金属离子的不稳定析出对环境造成二次污染，需进一步增加离子交换、吸附、 沉淀分离等处理工艺，从而增加了处理成本等问题。为解决此问题，中国专利申请号 201910988131.8公开了一种基于2,5-二羟基对苯二甲酸配体的铜钴双金属-有机骨架材料及其 制备方法和应用，该技术方案虽有其优点，但其也存在如下不足：稳定性还需进一步提高， 循环使用过程中催化剂骨架的有机配体坍塌导致体系中的TOC浓度增加，同时增加催化剂的 浓度会导致析出的金属离子浓度超标，尤其是在酸性条件下使用时，金属离子的析出使其催 化性能大大下降。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺点，本发明提供了一种基于金属-有机骨架材料衍生铜钴 复合碳材料及该铜钴复合碳材料的衍生方法，以及将此铜钴复合碳材料应用于废水处理的方 法。

本发明采取如下技术方案：

一种金属-有机骨架材料衍生铜钴复合碳材料的方法，包括下述步骤：

(1)反应前驱体的制备：将六水合硝酸钴、六水合硝酸铜和2,5-二羟基对苯二甲酸溶于 N，N-二甲基甲酰胺和乙醇混合溶剂中(优选，两者的体积比为1:1)，后在150℃的温度下 进行溶剂热反应(优选，反应时间为24h)，再冷却，洗涤，干燥，得到前驱体；

(2)将步骤(1)制得的前驱体在600～900℃的温度下在充满惰性气体以一定流速的管 式炉中进行一定时间的焙烧；冷却后得到基于金属-有机骨架材料衍生铜钴复合碳材料。