[发明专利]一种金属有机凝胶及其制备和在处理染料废水中的应用

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及一种用于吸附染料废水的金属有机凝胶；本发明同时还涉及该金属有机溶胶的制备及其在处理甲基橙染料废水中的应用。

背景技术

随着工业化与城市化的快速发展，伴随着各种消费产品（纺织品、皮革、纸张、石油、油漆、化妆品、印刷、橡胶、塑料、食品等）、染料产品及药物产品的大量生产，含有高毒性的有机污染物被排放到水体环境中，造成严重的污染。水体中染料分子的存在，增加了化学需氧量，从而影响了植物的光合作用，阻碍了水生植物的生长，使得有毒物质进入到鱼类及其他微生物体内。但是由于其强的稳定性及芳香环结构，使得从废水中移除有毒染料正面临很大的挑战。

目前，对于染料废水的处理方法主要有：吸附法、混凝法、催化氧化法、电化学法、生化法、吸附法等。其中吸附法由于其处理后水质好且稳定，没有二次污染，在染料废水处理中具有重要的地位。理想的吸附剂应具有适用范围广、吸附容量大、吸附时间短、再生性能好和价格低廉等特点。

金属有机凝胶是指通过含有金属的有机小分子的自组装或者具有配位能力的有机小分子与金属离子共同组装形成的网络结构束缚溶剂而形成的超分子体系。其中，有机小分子的分子量一般不超过1000。鉴于该体系特有的三维网状结构，可以应用于染料吸附。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有网状结构的金属有机凝胶，主要用于处理染料废水中。

本发明的另一目的是提供一种该金属有机凝胶的制备方法；

（一）金属有机凝胶的制备

本发明的金属有机凝胶，是由苯并咪唑羧酸衍生物和金属铅离子在溶剂中形成配合物而束缚住溶剂小分子形成的三维网状的纤维态凝胶。其具体制备方法为：将苯并咪唑羧酸衍生物与硝酸铅以0.001~0.025 g/mL的固液比加热溶解于甲醇与水的混合溶剂中，待冷却至室温后便形成稳定的、白色半透明的金属有机凝胶；晾干后得到金属有机干凝胶；

所述苯并咪唑羧酸衍生物与硝酸铅的摩尔比为1:0.5~1:3；

所述甲醇与水的混合溶剂中，甲醇与水的体积比为 1:0~1:2；

所述苯并咪唑羧酸衍生物为1-(2-乙酸基)-3-(3-丙酸基)-2-十一烷基-3H-苯并咪唑内鎓盐；其制备方法如下：

（1）2-十一烷基苯并咪唑的制备：邻苯二胺和月桂酸以1:1~1:1.2的摩尔比混合，于140~160℃反应0.5h~1.5h，反应产物用乙醇溶液溶解后，用氢氧化钾的醇溶液调节pH=9~10，生成沉淀，过滤，用无水乙醇与蒸馏水重结晶，即得白色片状固体2-十一烷基苯并咪唑（A11）；

（2）2-十一烷苯并咪唑-3-丙酸甲酯的制备（B11）：以乙腈为溶剂，以K₃PO₄为催化剂，2-十一烷基苯并咪唑与丙烯酸甲酯以1:1~1:1.2的摩尔比，于80~85℃下反应6~9h，得淡黄色液体；旋出溶剂得黄色油状液体，冷却，即为得2-十一烷苯并咪唑-3-丙酸甲酯（B11）；K₃PO₄的用量为2-十一烷基苯并咪唑摩尔量的25~50%；

（3）N-甲氧基羰乙基-N′-乙氧基羰甲基-2-十一烷苯并咪唑溴盐的制备：以乙腈为溶剂，2-十一烷苯并咪唑-3-丙酸甲酯与溴代乙酸乙酯以1:1~1:1.2的摩尔比，于80~85℃下反应4~16h，旋出溶剂，得白色固体，抽滤，丙酮洗涤，得白色固体N-甲氧基羰乙基-N′-乙氧基羰甲基-2-十一烷苯并咪唑溴盐（C11）；

（4）1-(2-乙酸基)-3-(3-丙酸基)-2-十一烷基-3H-苯并咪唑内鎓盐的制备：将N-甲氧基羰乙基-N′-乙氧基羰甲基-2-十一烷苯并咪唑溴盐溶于4~6 mol/L 的盐酸溶液中，于80~100℃搅拌反应8~12 h，冷却后抽滤，用甲醇-水进行重结晶，即得到目标产物——1-(2-乙酸基)-3-(3-丙酸基)-2-十一烷基-3H-苯并咪唑内鎓盐（D11）。

其合成路线如下：

                                                 

（二）金属有机凝胶的结构分析

1、扫描电镜（SEM）分析

图 1为本发明制备的金属有机凝胶的SEM图。从图1 可以清楚地发现，该有机凝胶以三维网状的纤维态存在。将上述凝胶中溶剂晾干后得到干凝胶。

2、红外光谱分析