[发明专利]一种原位生长Bi-MOF的MXene膜材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种原位生长Bi‑MOF的MXene膜材料的制备方法及应用，属于水处理应用领域和二次资源回收利用技术领域。一种原位生长Bi‑MOF的MXene膜材料的制备方法，通过真空抽滤的方法对MXene纳米片分散液进行抽滤，使MXene纳米片附着在过滤膜上形成MXene膜；完成抽滤后，再加入硝酸铋溶液进行二次真空抽滤，得到含有Bi‑O键的MXene薄膜；将上述含有Bi‑O键的MXene薄膜置于甲醇与二甲基甲酰胺的混合溶液中，加入有机配体原位生长Bi‑MOF，获得原位生长Bi‑MOF的MXene膜材料。利用本发明所提供的方法制备所得MXene膜进行磷酸根和重金属离子的吸附操作工艺简单、操作压力低、对环境绿色友好。

技术领域

本发明涉及一种原位生长Bi-MOF的MXene膜材料的制备方法及应用，属于水处理应用领域和二次资源回收利用技术领域。

背景技术

众所周知，中国拥有横跨东西的长江、黄河两大淡水河流，大江南北更是星罗密布着许许多多的淡水湖泊，淡水资源极其丰富，但随着国家城市化建设的迅猛发展，使得淡水资源遭到严重破坏，其中重金属是最为严重的污染源之一。据统计我国一半的河流(10万立方米以上)，约3/4的湖泊水域和1/2的近岸海域受到显著污染，更让人担忧的是流经城市的90％的河流流域都受到不同程度的离子型如磷酸根、硝酸根、重金属等离子型的污染。氮、磷等则是造成水体富营养化的重要原因，总磷(TP)已被广泛用作富营养化潜力的标准。磷通常来自于农业污水、肥料和城市废弃物等方面。磷的形态相当复杂，其在废水中主要以有机磷和无机磷的形式存在。有机磷主要存在于各类生物机体及动物排泄物中，无机磷包括磷酸盐、聚磷酸盐等，主要以各种磷酸根离子形式存在。目前污水除磷的方法主要有化学沉淀法、电解法、微生物法、水生物法、物理吸附法、膜技术处理法和土壤处理法等。其中化学沉淀法由于反应后会存在一些致癌物质对人体健康造成威胁。电解法技术对电流的利用率低，耗电量大,成本高，不能广泛地应用于实际工业生产中。而生物处理法处理速度缓慢，剩余污泥处理量较大，容易形成二次污染。物理吸附法在吸附有机物以后，吸附剂难以再生，并且反应后的废吸附剂的后处理非常麻烦，二次污染也比较严重。

一般重金属是具有毒性或致癌性的，有的即使在较低的浓度下就能体现出较强的毒性，更糟糕的是，重金属不同于有机污染物，无法通过生物降解的方式来降低污染。此外它还会在生物体中逐渐积累，一直延伸到生物链的最高端，所以重金属污染严重破坏生态平衡和人类健康。重金属污染虽然危害大，但由于潜伏期长、难发现一直被人们忽略。直到上世纪50年代日本的熊本县水俣镇出现的水俣病，这种隐形的水污染杀手走进人们的视野。处在工业化发展中的中国更是饱受重金属污染的困扰。因此如何将重金属从水体中分离出来是我们刻不容缓的工作。目前重金属脱除方法很多，最为常见的包括化学沉淀，离子交换，生物技术，膜分离和吸附等方法。相比较而言，膜分离法操作简便，绿色无害，是一种高效处理水污染问题的方法。

发明内容

为了解决粉体吸附剂吸附磷酸根及其重金属离子中存在的问题，本发明提出一种原位生长Bi-MOF的MXene膜材料，可以过滤吸附水体中的磷酸盐及其重金属离子方法，该回收方法操作工艺简单、操作压力低、对环境绿色友好。本发明采用的技术方案是：

一种原位生长Bi-MOF的MXene膜材料的制备方法，通过真空抽滤的方法对 MXene纳米片分散液进行抽滤，使MXene纳米片附着在过滤膜上形成MXene膜；完成抽滤后，再加入硝酸铋溶液进行二次真空抽滤，得到含有Bi-O键的MXene薄膜；将上述含有Bi-O键的MXene薄膜置于甲醇与二甲基甲酰胺的混合溶液中，加入有机配体原位生长Bi-MOF，获得原位生长Bi-MOF的MXene膜材料。