[发明专利]一种利用无氟助剂碳酸钠制备MIL-100(Fe)的方法及应用

说明书

本发明公开了一种利用无氟助剂碳酸钠制备MIL‑100(Fe)的方法，该方法包括以下步骤：（1）称取铁盐溶解于无氟助剂Na₂CO₃溶液中，待铁盐完全溶解后，加入有机配体溶液并搅拌，得到混合液；（2）将混合液在密闭条件下进行加热反应，得到MIL‑100(Fe)材料粗产物；（3）分别用去离子水和乙醇对粗产物进行洗涤，离心收集后烘干，得到MIL‑100(Fe)。本发明的方法具有操作简单、成本低廉、除Cr(VI)效率高、且对环境友好的优点，可应用于处理含Cr污水。

技术领域

本发明属于材料制备和水处理技术领域，涉及一种利用无氟助剂碳酸钠制备MIL-100(Fe)的方法及应用，利用碳酸钠助剂强化金属有机框架材料MIL-100(Fe)对水体污染中重金属Cr(VI)的去除。

背景技术

铬（Cr）污染是最常见的水体污染，主要来自于电镀、制革、制药、印染等铬盐生产工艺排放废水与铬渣，主要以Cr(III)和Cr(VI) 两种价态进入环境。Cr(VI)具有强毒性，易被人体吸收蓄积，经皮肤接触可能导致过敏，更可能造成遗传性基因缺陷，吸入可能致癌，对环境有持久危险性。水体铬污染已经成为了世界各国急迫解决的问题，也是各国水环境防治的重点研究对象。

金属有机框架化合物（MOFs）由于具有巨大的比表面积和结构功能的可调节性，已经在气体吸附、物质分离、催化和药物载体等方面有较为广泛的应用，是一类新型的多功能材料。其中，MIL-100(Fe)材料是目前研究较多的一类MOFs材料。该材料的最大优点在于，相比较其他用Cr、Cu、Co等有毒有害金属合成的有机骨架材料，MIL-100(Fe)具有低毒和绿色环保的特性。此外，相对于UiO、ZIF、MIL-53等MOFs，MIL-100型材料具有更高的水稳定性。因此，不少研究学者致力于研究其对水环境中污染物的去除过程和机理。例如Zhu等学者的报道（J. Phys. Chem. C, 2012, 116(15):8601–8607），使用MIL-100(Fe)材料来去除溶液中的As(V)，其去除效率比纳米氧化铁或商业氧化铁粉末高出6到36倍。在制备MIL系列材料时，研究学者往往采用添加助剂（矿化剂）来提高产品的纯度和结晶度。然而，传统的MOFs材料制备方法涉及使用氢氟酸（HF）作为助剂来提高材料纯度和产率，而HF具有环境毒性，利用此方法量产MOFs可能带来新的环境问题。此外，有学者采用无氟助剂（如四甲基氢氧化铵TMAOH）或不使用HF来制备MOFs，可是TMAOH具有极强腐蚀性，不使用HF的MOF材料晶形会受到很大影响，生成材料稳定性较差。

因此，如何制备MIL-100(Fe)材料，使得制备过程既简单、环保和经济，又能改善其功能性，提高其对环境污染物特别是重金属的吸附性能，是值得研究的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，针对目前利用MIL-100(Fe)技术处理重金属污染水体所存在的不足，提供一种操作简单、成本低廉、除Cr(VI)效率高、且对环境友好的利用无氟助剂碳酸钠制备MIL-100(Fe)的方法及应用。本发明利用碳酸钠（Na₂CO₃）提升MIL-100(Fe)的矿化程度，强化MIL-100(Fe)去除水中Cr(VI)的效果。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种利用无氟助剂碳酸钠制备MIL-100(Fe)的方法，包括以下步骤：

（1）称取铁盐溶解于无氟助剂碳酸钠溶液中，待铁盐完全溶解后，加入有机配体溶液并搅拌，得到混合液；

（2）将步骤（1）所得混合液在密闭条件下进行加热反应，反应完成后，冷却至室温，得到MIL-100(Fe)材料粗产物；

（3）分别用去离子水和乙醇对MIL-100(Fe)材料粗产物进行洗涤，离心收集后烘干，得到MIL-100(Fe)。