[发明专利]一种免加外金属盐合成3D骨架@MOFs水处理器件的制备方法

说明书

本发明公开一种免加外金属盐合成3D骨架@MOFs水处理器件的制备方法，所述方法是将3D打印吸附器件吸附重金属废水后在其表面原位生长MOFs，将吸附的重金属作为金属源。该方法简便易行变废为宝，解决了外加金属可能造成的污染问题，制备的3D骨架@MOFs水处理器件吸附性能好，可用于大气、土壤以及水中污染物的处理。

技术领域

本发明属于环境处理技术领域，具体涉及一种免加外金属盐合成3D骨架@MOFs水处理器件的方法。

背景技术

随着工业化进程加速，能源短缺和环境污染问题日益突出。水体污染一直是一个严重的环境问题，水体中即使是微量重金属、染料、药物对人体损害都是极大的。在现有众多水处理技术中，吸附是最简单、经济有效的方法之一。目前，研究人员开发了诸多新型吸附材料，如生物吸附剂、聚合物、金属氧化物、纳米材料、化学改性吸附剂等。这些中大部分高效吸附剂多为粉体或颗粒，为回收增加了难度。昂贵的原料成本、复杂的合成工艺、难回收再利用等因素限制了这些高效吸附剂的实际应用。因此，很有必要研究可低成本制造且可高效脱附回收再利用的吸附剂。

3D打印是一种新型的智能制造技术，相比传统成型方式相比，具有快速制备、精细化制造、材料利用率高等优点。其中熔融沉积成型(FDM) 最为普及的3D打印技术，它可将高分子材料打印成复杂结构的器件。利用FDM技术可将粉体或颗粒吸附剂固定化，解决其难回收再利用的问题。

MOFs是一种新型多孔材料的统称，该材料是通过配位键等强相互作用，利用多样的有机分子连接各种金属离子或团簇，形成的含有多孔有序结构的聚合物材料。MOFs 材料因其结构的有序性，灵活的多孔性，超高的比表面积和丰富的官能团，使得该材料在各种领域都有非常好的应用前景，例如气体分离和储存、催化、能源储存、传感器、污染物净化和生物医药等领域。MOFs结构的灵活性，使得组成不同的MOFs也有各种独特的优点，吸引了广泛的关注和研究。在3D打印水处理器件上原位生长MOFs,可有效地提高其吸附性能。

而平时在3D打印骨架上原位生长MOFs的方法通常都是外加金属盐提供金属离子，相对而言操作比较繁杂，且可能会造成重金属污染。免加外金属盐合成3D骨架@MOFs水处理器件的方法是利用吸附重金属过后的3D打印水处理器件做为金属离子的来源，器件吸附过后无需脱附直接原位生长MOFs即可再次吸附，制备的3D骨架@MOFs水处理器件吸附效率高，吸附性能好，还解决了外加金属离子可能造成的重金属污染问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种免加外金属盐合成3D骨架@MOFs水处理器件的方法。

为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：

一种免加外金属盐合成3D骨架@MOFs水处理器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将以重量份计的组分为塑料基材65~90份，生物质材料5~40份的材料通过双螺杆熔融挤出造粒，将所得粒料通过线材机挤出、冷却、牵引成3D打印线材，再通过3D打印机打印成3D打印水处理器件；

（2）将步骤(1)中得到的3D打印水处理器件置于含Cu²⁺或Pb²⁺的重金属废水中直至吸附平衡；

（3）将步骤(2)中吸附平衡的3D打印水处理器件清洗烘干，置于有机溶液中反应4-24小时原位生长MOFs，真空烘干，得到3D骨架@ MOFs。

上述步骤（2）中所述的重金属废水中的重金属离子含有Cu²⁺、Pb²⁺中的一种或两种。

上述步骤（3）中与有机溶液的反应温度为25-35℃，真空烘干的温度为80-120℃。

当上述步骤（3）获得的3D骨架@MOFs为3D骨架@Cu-MOFs或3D骨架@Pb- MOFs时；