[发明专利]一种利用废弃物PET和不锈钢酸洗废水制备MOF材料的方法及应用

说明书

本发明公开一种利用废弃物PET和不锈钢酸洗废水制备MOF材料的方法及应用，包括：将不锈钢酸洗废水与经酸解后的PET碎片混合，室温搅拌均匀后装入高压釜中进行高温热处理，热处理完成后自然冷却至室温，离心分离，然后依次经洗涤和干燥后即得。本发明同时解决废塑料PET以及不锈钢酸洗废水的回收利用以及金属‑有机骨架材料成本高、难回收的问题。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体涉及一种利用废弃物PET和不锈钢酸洗废水制备MOF材料的方法及应用。

背景技术

我国作为工业大国，工业发展带来经济效益的同时会排放工业三废。工业三废是指工业生产过程中所产生的废气、废水和废渣，会严重危害生态环境以及人类日常生活。

随着塑料产业的发展，产生大量塑料废弃物。大多数塑料产品对自然环境具有很好的耐受性和化学惰性，难以被自然降解，造成白色污染，对生态环境造成极大的危害。塑料瓶主要成分是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，化学式为(C₁₀H₈O₄)n。目前，基于废塑料污染问题的处理，其策略主要有两种：物理回收和化学回收。其中化学回收是利用废塑料瓶PET最可行的方法，将PET解聚形成适当的单体，如对苯二甲酸(BDC)和乙二醇，可用于再次生产PET或其他产品。

不锈钢制造业遍布全球多数国家和地区，在制造过程中，通常采用混酸(硝酸/氢氟酸)对不锈钢表面的氧化皮进行清洗，每处理1吨钢材约产生1.1吨废水。该废水含有丰富的Fe³⁺、Cr³⁺、Ni²⁺、F^-、NO^3-，且具有强酸性。酸洗废水中金属和酸的回收可以减少废水排放造成的污染，促进资源循环利用。现阶段，不锈钢酸洗废水的利用方式主要有两种：(1)采用选择性沉淀或纳滤结晶法来回收金属，该方法存在运行成本高、投资大、能耗高等问题；(2)以酸洗废水为原料制备功能材料，如金属盐或氧化物，很少有将实际工业废水转化为高附加值的新型材料。

金属有机骨架材料(MOFs)是一类由金属离子或金属簇单元与有机桥联配体通过配位键自组装而成的多孔配位聚合物。与传统催化剂相比，MOFs具有高比表面积、高孔隙率和高可设计性等优势，在吸附、催化、传感等领域被广泛应用，是当前材料领域的热点和前沿之一。虽然MOFs材料具有多重优点，但仍存在一些不足：(1)MOFs制备成本高；(2)粉末状的MOFs难以回收利用，这极大限制了其在工业上的实际应用。

发明内容

为解决废塑料PET以及不锈钢酸洗废水的回收利用，以及金属-有机骨架材料成本高、难回收的问题，本发明提供了一种利用废塑料PET、不锈钢酸洗废水制备的金属有机骨架材料PET@MIL-101(Cr)的方法及其应用。

一种利用废弃物PET和不锈钢酸洗废水制备MOF材料的方法，包括：

将不锈钢酸洗废水与酸解后的PET碎片混合，室温搅拌均匀后装入高压釜中进行高温热处理，热处理完成后自然冷却至室温，离心分离，然后依次经洗涤和干燥后即得。

MOF合成原料包括金属盐、有机配体、调节剂和溶剂等，其中任何一类原料的低成本化都可以有效减少MOF制备成本。利用废塑料PET解聚形成对苯二甲酸(BDC)，不仅作为有机配体来源，还为MOFs原位生长提供载体。不锈钢酸洗废水中的金属离子和酸可作为金属、调节剂来源，如MIL 53、MIL 100、MIL 101等的制备。截至目前，以废塑料PET和不锈钢酸洗废水为原料制备高附加值的MOF材料，在国内外均未见报道。本发明调查发现，这些成分与MIL-101(Cr)原料体系(Cr³⁺、BDC、HF和水)最为接近。