[发明专利]一种铁酸铜-金属有机框架结构复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种铁酸铜‑金属有机框架结构复合材料及其制备方法和应用，属于无机‑有机杂化材料领域。该复合材料为CuFe₂O₄/MIL‑101(Fe)。本发明还提供一种铁酸铜‑金属有机框架结构复合材料的制备方法，包括：在N,N‑二甲基甲酰胺溶液中加入对苯二甲酸和三氯化铁搅拌，充分分散后，加入铁酸铜，超声处理，继续搅拌后，得到混合溶液；将混合溶液放入反应釜中，以2℃/分钟的速率升温至110℃，并保持20小时，得到混合物；将得到的混合物进行磁分离、洗涤、干燥，得到铁酸铜‑金属有机框架结构复合材料。制备得到的铁酸铜‑金属有机框架结构复合材料可作为高选择性吸附剂去除磷酸盐，并兼具较好的分离回收效果。

技术领域

本发明属于无机-有机杂化材料领域，具体涉及一种铁酸铜-金属有机框架结构复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

磷是生物不可缺少的重要元素，生物的代谢过程都需要磷的参与。但过量的磷酸盐会引起水体富营养化，使藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧下降，使鱼类或者其它浮游生物大量死亡，并降低水生生态系统中的生物多样性，影响水质，危害水资源。我国是一个水资源严重短缺的国家，仅为世界人均占有量的1/4。水资源问题已成为中国实现可持续发展战略过程中必须认真解决的重大问题。而磷酸盐被认为是引起且控制水体富营养化的关键元素，因此从水中有效去除磷酸盐对预防和控制水体富营养化具有重要意义，也是水污染防治的一项重要任务。

吸附法去除磷酸盐主要是通过静电吸引和配位交换作用实现的，通过吸附剂所具有的较大比表面积和对磷酸盐的选择性将磷酸根吸附到其表面，从而达到净化的目的，由于吸附的稳定性，无二次污染物，速率快和操作简便性，使其成为了处理废水中低浓度磷酸盐最有效的方法之一。但由于大多数吸附材料难以回收，使得材料的应用受限。

铁酸铜具有均匀的空心球状结构，极好的磁性和稳定性，可以借助外界磁场对其有效收集，避免粉体复合吸附剂在降解污染物时对水体造成的二次污染。金属有机框架结构(MOFs)具有大比表面积、规则的孔道结构、可修饰性等优点，在吸附领域中受到了广泛的关注；其较大的比表面积有利于对污染物吸附，也有利于其他组分均匀分散在其上进行修饰改性。

目前，现有的复合材料存在吸附去除磷酸盐的效率低和粉体吸附剂难以分离回收的问题，并且目前将其应用于吸附去除磷酸盐的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种铁酸铜-金属有机框架结构复合材料及其制备方法和应用，该制备方法简单，得到的铁酸铜-金属有机框架结构复合材料可作为高选择性吸附剂去除磷酸盐，并兼具较好的分离回收效果。

本发明首先提供一种铁酸铜-金属有机框架结构复合材料，该复合材料为：CuFe₂O₄/MIL-101(Fe)。

优选的是，所述的复合材料中，CuFe₂O₄和MIL-101(Fe)的质量比为(0.4-1.5)：1。

本发明还提供一种铁酸铜-金属有机框架结构复合材料的制备方法，包括：

步骤一：在N,N-二甲基甲酰胺溶液中加入对苯二甲酸和三氯化铁搅拌，充分分散后，加入铁酸铜，超声处理，继续搅拌后，得到混合溶液；

步骤二：将步骤一的混合溶液放入反应釜中，以2℃/分钟的速率升温至110℃，并保持20小时，得到混合物；

步骤三：将步骤二得到的混合物进行磁分离、洗涤、干燥，得到铁酸铜-金属有机框架结构复合材料。

优选的是，所述的铁酸铜的制备方法包括：将氯化铜和硝酸铁溶解去离子水中，然后加入柠檬酸钠、尿素和聚丙烯酰胺搅拌30-60分钟，得到混合溶液，然后将混合溶液放入带有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，以2℃/分钟的速率升温至200℃并保持8小时，然后降温至室温，进行后处理得到铁酸铜。