[发明专利]一种磁性MOFs-生物炭复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种磁性MOFs‑生物炭复合材料的制备方法，该方法选用生物炭作为载体，将Fe₃O₄和磁性MOFs材料负载在其表面，磁性MOFs和生物炭的质量比1:4～4:1，Fe₃O₄和生物炭的质量比为1:4～4:1，采用2,2‑氮杂双(2‑咪唑啉)二盐酸盐作为引发剂在40～80℃的恒温水浴中搅拌30～150min，引发剂浓度为0.5～1.5mmoL·L^‑1；最后纯化数次，磁铁分离，真空干燥即得磁性MOFs‑生物炭复合材料。制备的磁性MOFs‑生物炭复合材料是一种磁性复合材料，该方法合成的磁性复合材料操作简单，生产过程中不会产生有毒有害物质，原料价格低廉，且可以通过外部磁场回收再利用，节约了成本。

技术领域

本发明涉及能源环保领域，特别涉及一种磁性MOFs-生物炭复合材料的制备方法及应用。

背景技术

随着工业的快速发展，重金属、染料等污染物引起了严重的水污染问题。锑(Sb)是一种具有潜在毒性和致癌性的类金属元素，广泛存在于人类的生活环境中。目前，锑污染已成为一个严重的全球性问题，其污染源主要来自化石燃料和含锑废物的燃烧以及采矿活动。全世界每年生产二极管、电池和阻燃剂将消耗大量的锑，引发严重的锑污染问题。在锑开采和熔炼时也容易造成严重的土壤污染，给周围地区的居民带来一定的健康威胁。锑是一种粉状元素。工业废水是重金属锑的重要来源之一，锑及其化合物广泛用于各种工业产品的生产，例如陶瓷、弹药、玻璃、电池、油漆、烟火材料的生产。其中弹药和阻燃剂中所含的Sb是对人体非常有害的物质，在环境中存在许多。Sb的化学性质类似于砷，在环境中，Sb(Ⅲ)和Sb(V)是主要的氧化态，锑的毒性和迁移率取决于其氧化状态，Sb(Ⅲ)的有害性是Sb(V)的10倍。因此探索和研究高效去除Sb(Ⅲ)具有必要性。

目前锑的去除方法主要包括电化学分析法、离子交换法、萃取法、膜分离法和吸附法。电化学方法主要具有混凝、吸附、浮选、氧化、微电解等功能。在污水处理过程中，经常采用电混凝、电吸附、电浮选和电氧化工艺。电凝聚是以阳极材料的电解氧化和混凝剂的原位生成为基础的。离子交换的机理与吸附机理相似，两者都能从溶液中吸收溶质。离子交换是一个化学反应过程，而吸附是一个物理过程。萃取是指在溶解度或分配系数不同的情况下，物质从一种溶剂转移到另一种溶剂的过程。通过反复转移提取，可以萃取大部分材料，该技术目前还不成熟。膜分离技术是一种新型的水处理技术。膜分离技术的机理是膜的选择透过性，适用条件是膜边之间的压差或动力电位差。与传统的混凝、沉淀、离子交换、膜分离技术相比，吸附技术具有成本低、污泥产量少、操作简单、再生能力强等优点，仍然是一种高效的锑净化技术。吸附效果主要取决于两个方面：吸附剂的化学性质和被吸附的物质。

生物炭，是由动物骨头、植物根茎、木屑和麦秸秆等有机垃圾加工而成的一种多孔炭。生物炭具有含碳量高、多孔的特性，它的利用可以保护环境，节约资源。但是纳米颗粒在修复水体中有毒有害污染物的同时容易由于外界因素产生结构稳定性变差、易团聚氧化、反应活性下降等问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种磁性MOFs-生物炭复合材料的制备方法，该磁性MOFs-生物炭复合材料作为吸附剂，可以有效的应用于吸附重金属Sb，尤其是Sb(Ⅲ)。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种磁性MOFs-生物炭复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将Fe₃O₄磁性纳米颗粒超声分散在含有去离子水的容器中，形成悬浮液A；

将磁性MOFs和生物炭溶于容器中充分搅拌形成稳定的悬浮液B，磁性MOFs和生物炭的质量比1:4～4:1；

S2:按照Fe₃O₄和生物炭的质量比为1:4～4:1，将悬浮液B逐滴注入悬浮液A中，并快速搅拌形成均匀稳定的悬浮液，再通过用纯N₂鼓泡使反应溶液完全脱氧；