[发明专利]一种金属有机吸附剂及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种金属有机吸附剂及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。本发明利用对苯二甲醛和氨基硫脲缩合反应，再接入3‑甲酰基‑4‑羟基苯甲酸中形成有机配体，将有机配体与ZrCl₄组合制备金属有机吸附剂；金属有机吸附剂可用于靶向去除溶液中的铜离子；金属有机吸附剂对铜离子的吸附率可达为98.5％，重复5次后，铜离子的吸附率也可达89.71％。

技术领域

本发明涉及一种金属有机吸附剂及其制备方法与应用，属于复合材料技术领域。

背景技术

铜作为常见重金属，难以降解转移，容易在耕地水土中富集，并进入人类食物链最终对人类生命健康造成巨大伤害，已被列为优先控制的环境污染物之一。铜具有良好的导电导热性、延展性、耐腐蚀性、耐磨性，且能与其他金属形成性能多样化的合金，也被广泛地应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域。但随着铜的广泛应用，所带来的铜污染问题日益严重。

许多研究者一直在寻找从水中去除铜(II)离子的有效方法。目前，用于铜离子废水处理的方法主要有吸附法、反渗透法、电凝聚法、离子交换法和化学沉淀混凝法等。反渗透法需要高压设备，原水利用率只有75-80％。膜要定期清洗。离子交换法可能会造成二次污染，交换进入的离子需要二次去除，难度较高。电凝聚法需要较高的能量消耗，经济效益低下。化学沉淀法会导致水体土壤二次污染，且除去效果难稳定，后续处理复杂。

目前，活性炭、生物材料、树脂等多种吸附剂得到了广泛的应用。然而，传统吸附剂有许多缺点，如吸附能力低、选择性和重复性。活性炭吸附选择性低，生物吸附剂稳定性差，吸附能力低。

发明内容

本发明针对现有吸附铜(II)离子的吸附剂选择性较差、结构稳定性差等问题，提出了一种金属有机吸附剂及其制备方法与应用，利用对苯二甲醛和氨基硫脲缩合反应，再接入3-甲酰-4-羟基苯甲酸中形成有机配体，将有机配体与ZrCl₄组合制备金属有机吸附剂；金属有机吸附剂可用于靶向去除溶液中的铜离子；金属有机吸附剂对铜离子的吸附率可达为98.5％，重复5次后，铜离子的吸附率也可达89.71％。

一种金属有机吸附剂，利用对苯二甲醛和氨基硫脲缩合反应，再接入3-甲酰基-4-羟基苯甲酸中形成有机配体，将有机配体与ZrCl₄组合制备金属有机吸附剂，其结构式为：

所述金属有机吸附剂的制备方法，具体步骤如下：

(1)将对苯二甲醛与氨基硫脲加入到甲醇溶剂中，搅拌溶解得到溶液A，溶液A中加入催化剂冰乙酸，然后在温度60～65℃下搅拌反应12～24h，冷却至室温，固液分离，并在甲醇中重结晶得到对苯二甲醛缩二氨基硫脲，进行真空干燥；反应方程式如下：

(2)将真空干燥的对苯二甲醛缩二氨基硫脲和3-甲酰基4-羟基苯甲酸超声溶解至乙醇-DMF混合溶液中，在温度60～65℃下搅拌反应12～24h，再加入四氯化锆，升温至温度125～135℃下搅拌反应48-72h，冷却至室温，固液分离，固体经洗涤、浸泡，真空干燥即得金属有机吸附剂；反应方程式如下：

所述步骤(1)对苯二甲醛与氨基硫脲的摩尔比为1:0.5～1。

所述步骤(1)溶液A中对苯二甲醛的摩尔浓度为0.1～0.5mmol/mL。

所述步骤(1)催化剂冰乙酸与溶液A的体积比为0.5～1:50。

所述步骤(2)对苯二甲醛缩二氨基硫脲和3-甲酰基-4-羟基苯甲酸的摩尔比为1:0.8～1.2。

所述步骤(2)乙醇-DMF混合溶液中乙醇与DMF的体积比为1:3～4。