[发明专利]一种除磷的双金属有机框架材料、其制备方法及应用

说明书

本发明属于污染治理领域，具体涉及一种除磷的双金属有机框架材料、其制备方法及应用，以铁盐、锆盐和2‑氨基对苯二甲酸为原料，以PVP助剂，通过溶剂热法制备双金属有机框架材料，具备优异的除磷效果，主要得益于材料中Fe和Zr与磷酸盐通过配体交换形成的Fe‑O‑P/Zr‑O‑P，材料中的氨基与磷酸盐的静电吸附以及表面或活性位点的螯合作用；本发明制备的双金属有机框架材料在重复利用10次后，仍具备80％以上的吸附去除率，具有优良的再生性能和重复使用性，使得该材料具有巨大的实际应用价值。

技术领域

本发明属于污染治理领域，具体涉及一种除磷的双金属有机框架材料及其制备方法及应用。

背景技术

磷是广泛使用的营养元素之一，然而含磷产品的过量消费不可避免地会造成水体污染，而且磷常被视为水体富营养化的主要控制因素之一，不当的磷产品使用可能引起严重的水体富营养化。因此，研究简单、高效去除磷的方法有重要意义。

现有污水处理厂除磷技术主要有生物除磷、化学沉淀除磷和吸附除磷，其中，生物除磷和化学沉淀除磷成本高且难达到排放标准。吸附除磷操作简单、高效且成本低，已成为一种广泛使用的除磷方法，常见的吸附剂有钢渣、表面改性的沸石、水铁矿、赤泥、金属氧化物等，这些吸附剂虽然方便、易得、经济，但其吸附除磷效率不高，可重复利用率低，因此设计高效、简单的除磷吸附剂非常必要，金属-有机框架(MOFs)是一类多孔材料，是由有机配体与无机金属离子或金属离子簇自组装而成的配位聚合物，具有高孔隙率、低密度及大比表面积等特点，可直接吸附水中的污染物。

发明内容

本发明提供一种除磷的双金属有机框架材料的制备方法，该方法制备的Fe-Zr双金属有机框架材料具备优异的除磷效果。

一种除磷的双金属有机框架材料的制备方法，以铁盐、锆盐、2-氨基对苯二甲酸(NH₂BDC)为原料，以PVP(聚乙烯吡咯烷酮)为助剂，通过溶剂热法制备。

优选的，所述铁盐选自氯化铁、硝酸铁及它们的结晶水合物中的一种或多种；所述可溶性锆盐选自氯化锆、硝酸锆和硝酸锆的结晶水合物中的一种或多种。

优选的，所述溶剂热法的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。

优选的，所述铁盐和所述锆盐物质的量比为1-2∶1-2；更为优选的，所述铁盐和所述锆盐的物质的量比为1-2∶1，更为优选的，所述铁盐和所述锆盐的物质的量比为1:1。

优选的，所述铁盐与2-氨基-对苯二甲酸的物质的量比为1-2∶1-2，更为优选的，所述铁盐与2-氨基-对苯二甲酸的物质的量比为1∶2。

优选的，所述铁盐与PVP的质量比为1-2mmol∶200mg。

优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：将铁盐、锆盐和2-氨基对苯二甲酸溶解于DMF中，使可溶性铁盐的物质的量浓度为0.025-0.05mol/mL，加入助剂PVP，搅拌溶解，超声，加热至140℃-160℃，反应12-36h，冷却至室温(15-25℃)，洗涤，烘干即得。

优选的，所述制备方法具体包括以下步骤：将六水合氯化铁、氯化锆和2-氨基对苯二甲酸溶解于DMF中，使六水合氯化铁的物质的量浓度为0.025-0.05mol/mL，加入助剂PVP，搅拌溶解，超声，加热至150℃，反应24h，冷却至室温，洗涤，烘干即得。

优选的，所述洗涤是采用DMF和乙醇交替洗涤，洗涤次数为3，所述干燥的温度为90℃，干燥时间为12h。