[发明专利]锰离子掺杂金属有机骨架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锰离子掺杂金属有机骨架材料及其制备方法和应用，该材料包括UiO‑66（Zr），掺杂有锰离子。其制备方法包括：将氯化锆、对苯二甲酸、四水合氯化锰和N，N二甲基甲酰胺混合进行溶剂热反应，得到锰离子掺杂金属有机骨架材料。本发明锰离子掺杂金属有机骨架材料吸附容量大、吸附性能好、稳定性好等优点，且合成简单，可以被广泛采用、能够高效吸附去除水体中的污染物，是一种新型吸附剂，其制备方法具有操作简单、制备方便、原料种类少、产量高、成本低等优点。本发明材料可被广泛用于处理抗生素废水和/或重金属废水，具有操作方便、设备简单、处理成本低廉、处理效率高、去除效果好的优点，有着很好的应用价值和应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种锰离子掺杂金属有机骨架材料及其制备方法和应用。

背景技术

抗生素广泛应用于人类和兽医治疗、畜牧业和水产养殖。如，四环素是一种广谱抗生素，年产量为数千吨。然而，四环素很少被生物降解和代谢，大部分（约30%-90%）四环素通过粪便或未加工的尿液排泄到环境中。在土壤、沉积物、地表水、地下水甚至饮用水中都能检测到四环素残留物。除抗生素污染外，重金属污染也危害环境。如，在大多数情况下，水环境中以正六价形态存在的铬被认为是一种有毒且致癌的物质。因此，有效地从水环境中去除抗生素、重金属已经迫在眉睫。

目前，各种各样的技术被用于去除水生环境中的抗生素和重金属，如生物降解、膜分离、光催化降解、电化学，但上述方法存在一定的不足，不能广泛应用于四环素和正六价铬的去除。而吸附方法具有低成本、操作简单和无二次污染，已经被认为是一种非常有竞争力的方法，因而开发、制备高效的吸附剂尤为重要。近来，金属有机骨架（MOFs）作为一种多孔的功能性材料，其主要通过中心金属离子与有机配体通过化学键结合而成，由于其超高孔隙度、较大的比表面积、可调孔尺寸和形状以及易功能化，已成为研究热点。然而，金属有机骨架材料缺乏官能团和吸附位点，导致其对水体中污染物的吸附性能不高。因此，如何全面改善现有金属有机骨架材料的性能，获得一种稳定性好、吸附性能好的金属有机骨架材料以及获得一种操作简单、原料种类少、成本低的金属有机骨架材料的制备方法，对于高效、低成本的吸附水体中的抗生素和重金属具有重要的意义。

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，提供了一种稳定性好、吸附性能好的锰离子掺杂金属有机骨架材料，还提供了一种处理工艺简单、原料种类少、成本低的锰离子掺杂金属有机骨架材料的制备方法以及该锰离子掺杂金属有机骨架材料在去除水体中抗生素和/或重金属中的应用，该应用方法中锰离子掺杂金属有机骨架材料能够高效、低成本的吸附去除水体中的抗生素和重金属。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种锰离子掺杂金属有机骨架材料，包括UiO-66（Zr）；所述UiO-66（Zr）中掺杂有锰离子。

上述的锰离子掺杂金属有机骨架材料，进一步改进的，所述锰离子与UiO-66（Zr）的摩尔比为1∶1。

上述的锰离子掺杂金属有机骨架材料，进一步改进的，所述锰离子掺杂金属有机骨架材料以氯化锆、对苯二甲酸、四水合氯化锰和N，N二甲基甲酰胺为原料通过溶剂热反应制备得到。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种锰离子掺杂金属有机骨架材料的制备方法，包括以下步骤：将氯化锆、对苯二甲酸、四水合氯化锰和N，N二甲基甲酰胺混合进行溶剂热反应，得到锰离子掺杂金属有机骨架材料。

上述的制备方法，进一步改进的，所述四水合氯化锰、氯化锆、对苯二甲酸和N，N二甲基甲酰胺的摩尔比为1∶1∶1∶162。

上述的制备方法，进一步改进的，所述混合在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为300 r/min～500 r/min；所述搅拌的时间为1h～3h；所述溶剂热反应在温度为120℃～150℃下进行；所述溶剂热反应的时间是24h～36 h。