一種以金屬有機骨架材料碳化得到的多孔碳為吸附劑用于吸附水環境中有機污染物的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境工程中的水污染控制領域，涉及以金屬有機骨架材料(MOFs)碳化得到的多孔碳材料作為吸附劑用于吸附以抗生素、酚類化合物以及偶氮染料等為代表的廣泛存在于水體中的有機污染物的應用方法。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業的不斷發展，工業廢水和生活污水的肆意排放已經使水環境造成了不同程度的污染，污水中的芳香化合物、偶氮染料等難降解污染物也對人類健康構成了極大的威脅。目前工業上針對這些有機污染物的處理方法主要包括生物法、化學氧化法以及膜分離法等。然而研究表明，由于上述方法分別存在微生物新陳代謝易受到抑制、成本高或膜易被污染等缺陷而限制了它們在實際水處理中的應用，因此研究出有效的污染物去除新方法具有重要意義。
[0003]吸附法是一種低能耗、高容量以及環境友好的去除污水中有機污染物的有效方法，它能夠高效地吸附污水中的有機污染物且不引起二次污染。目前工業上以活性炭材料作為吸附劑進行污水中有機污染物吸附去除的方法已經得到了廣泛的應用，然而活性炭普遍存在吸附污染物范圍窄、使用壽命短、再生困難、再生后機械強度降低等問題。為了彌補活性炭的不足，尋找新型的、功能更加優越的吸附劑已經成為亟待被解決的問題。
[0004]近年來，以金屬有機骨架(MOFs)作為模板經過高溫碳化作用制得的多孔碳材料已經憑借其在氣體儲存、超級電容器等領域的不斷應用而得到越來越廣泛的關注。研究表明，以MOFs作為模板碳化制得的多孔碳材料具有比表面積大、孔徑可調、孔結構發達等特點，這些特性使其有望成為吸附劑，而在污水吸附領域得到廣泛的應用。但是目前對于MOFs碳化得到的多孔碳作為吸附劑用于吸附水環境中的有機污染物卻未見報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有技術的不足，開發一種以MOFs碳化得到的多孔碳材料作為吸附劑用于吸附以抗生素、酚類化合物以及偶氮染料等為代表的廣泛存在于水體中的有機污染物的應用方法。
[0006]本發明的技術方案:
[0007]—種以金屬有機骨架材料碳化得到的多孔碳為吸附劑用于吸附水環境中有機污染物的方法，步驟如下:
[0008]以MOFs碳化得到的多孔碳材料為吸附劑吸附水中有機污染物，利用MOFs碳化得到的多孔碳材料具有比表面積大、孔徑分布寬、孔徑可調的特點，具有吸附速率快、吸附容量大的特性;有機污染物的濃度為0.05?lOOpprn，吸附溫度為25?45°C。所述的多孔碳材料的比表面積不低于1731m2/g，孔徑為8?10nm，其中介孔體積不小于2cm3/g。
[0009]所述的MOFs為以Ζη為中心離子的MOFs、以Cu為中心離子的MOFs或以A1為中心離子的MOFs。
[0010]所述的有機污染物包括抗生素、酚類化合物以及偶氮染料等為代表的廣泛存在于水體中的有機污染物，污染物去除率均可達到60%以上，最大吸附容量亦可達到相同條件下活性炭的1?3倍。
[0011]本發明利用上述的MOFs碳化得到的多孔碳材料作為吸附劑，是基于該類材料具有大的比表面積以及發達、可調的孔隙結構，并且孔徑分布在微孔至介孔范圍內均有涉及。在吸附過程中，孔徑可調的MOFs碳化得到的多孔碳材料除了對微孔范圍內的污染物分子具有高效吸附作用，對超過微孔范圍的污染物仍有較好的吸附效果，從而克服了活性炭對介孔、大孔范圍內的污染物吸附效率低這一難題，實現了對污染物的高效吸附作用。
【具體實施方式】
[0012]以下結合技術方案對本發明做進一步說明。
[0013]本發明應用的MOFs碳化得到的多孔碳材料，通過將水熱合成方法制得的MOFs，包括以Ζη為中心離子的MOFs，以Cu為中心離子的MOFs或以A1為中心離子的MOFs，經碳化、酸預處理過程，得到多孔碳吸附劑，分別加入已盛抗生素、酚類化合物或偶氮染料的管狀石英瓶內并置于垂直恒溫搖床中，在不同的溫度和污染物濃度范圍條件下，評價吸附劑的吸附性會泛。
[0014]實施例1
[0015]將以Ζη為中心離子的MOFs碳化得到的多孔碳吸附劑分別與0.05?lOOpprn的磺胺甲惡唑、雙酚A或甲基橙水溶液置于管狀石英管內并放于垂直恒溫搖床中，溫度范圍在25?45°C內，經實驗研究表明，吸附平衡時，污染物去除效率均可以達到80%以上，最大吸附容量可達活性炭的1?3倍。
[0016]實施例2
[0017]將以Cu為中心離子的MOFs碳化得到的多孔碳吸附劑分別與0.05?lOOpprn的磺胺甲惡唑、雙酚A或甲基橙水溶液置于管狀石英管內并放于垂直恒溫搖床中，溫度范圍在25?45°C內，經實驗研究表明，吸附平衡時，污染物去除效率均可以達到65%以上，最大吸附容量可達活性炭的1?3倍。
[0018]實施例3
[0019]將以A1為中心離子的MOFs碳化得到的多孔碳吸附劑分別與0.05?lOOpprn的磺胺甲惡唑、雙酚A或甲基橙水溶液置于管狀石英管內并放于垂直恒溫搖床中，溫度范圍在25?45°C內，經實驗研究表明，吸附平衡時，污染物去除效率均可以達到70%以上，最大吸附容量可達活性炭的1?3倍。
【主權項】
1.一種以金屬有機骨架材料碳化得到的多孔碳為吸附劑用于吸附水環境中有機污染物的方法，其特征在于，步驟如下: 以MOFs碳化得到的多孔碳材料為吸附劑吸附水中有機污染物，有機污染物的濃度為0.05?lOOppm，吸附溫度為25?45°C;所述的多孔碳材料的比表面積不低于1731m2/g，孔徑為8?1 Onm，其中介孔體積不小于2 cm3/g ο2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的MOFs為以Ζη為中心離子的MOFs、以Cu為中心離子的MOFs或以A1為中心離子的MOFs。3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的有機污染物包括抗生素、酚類化合物以及偶氮染料。
【專利摘要】本發明公開了一種以金屬有機骨架材料碳化得到的多孔碳為吸附劑用于吸附水環境中有機污染物的方法，屬于環境工程中的水污染控制領域。利用MOFs碳化得到的多孔碳材料作為吸附劑，具有高效吸附以抗生素、酚類化合物以及偶氮染料等為代表的廣泛存在于水體中的有機污染物的應用；應用條件：濃度范圍在0.05～100ppm的抗生素、酚類化合物以及偶氮染料等有機污染物的水溶液，溫度25～45℃，污染物的去除效率均可達60％以上，最大吸附容量亦可達到相同條件下活性炭的1～3倍。基于該類材料具有大的比表面積、發達的孔隙結構以及寬的孔徑分布，可實現高效吸附水體中的有機污染物，可以廣泛地應用于污水吸附領域。
【IPC分類】C02F101/34, C02F101/38, C02F101/30, C02F1/28
【公開號】CN105481043
【申請號】CN201610010002
【發明人】全燮, 原暉, 陳碩, 李曉娜
【申請人】大連理工大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2016年1月7日