[发明专利]一种掺杂稀土元素的缺陷UiO-66材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种掺杂稀土元素的缺陷UiO‑66材料及其制备方法和应用，属于废水处理技术领域。本发明缺陷UiO‑66材料的制备方法包括以下步骤：将四氯化锆、对苯二甲酸、N,N‑二甲基甲酰胺和稀土氧化物混合，将所得混合物进行溶剂热反应，得到掺杂稀土元素的缺陷UiO‑66材料；所述稀土氧化物为Sm₂O₃、Eu₂O₃、Er₂O₃或Tm₂O₃；所述四氯化锆、对苯二甲酸和稀土氧化物的摩尔比为1:1:(0.25～0.5)。本发明制备的缺陷UiO‑66材料对Sb具有较大的吸附容量。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种掺杂稀土元素的缺陷UiO-66材料及其制备方法和应用。

背景技术

重金属锑(Sb)及其化合物的广泛使用，导致环境中的锑污染日益严重。世界卫生组织(WHO)规定饮用水中锑的浓度不能超过5μg/L。目前的调查显示，在部分淡水河流、湖泊、地下水中重金属锑含量已超标，因此寻求一种有效去除水中重金属锑的方法至关重要。

国内外研究现状表明，化学沉淀法、电浮选、离子交换法、溶剂萃取法和吸附法等都是去除锑的有效手段。化学沉淀法是目前最常用的处理重金属锑(Sb)的一种方法，但二次污染问题严重；电浮选法能量消耗高，过多的能耗输入限制了该方法的可持续利用；离子交换法在处理过程中存在选择性低、处理过程缓慢、耗时较长、较低的效率比、人力物力投入较大等诸多问题。在众多的方法中，由于吸附法具有高去除率、无二次污染、低运行成本以及可再生循环利用等优点，被认为是处理废水中金属锑离子最有效的方法。因此，设计开发从废水中高效捕获金属锑的新型先进吸附剂，具有十分重要的科学与现实意义。

锆基金属有机骨架材料UiO-66，是一类由正八面体的Zr₆O₄(OH)₄金属簇与对苯二甲酸有机配体通过配位键自组装形成的多孔配位聚合物。UiO-66具有比表面积大、孔隙率高、物理化学稳定性强、表面易修饰等特点被广泛研究，并证实是一类潜在优良的水处理吸附剂。目前已有研究报道UiO-66对Sb(III)和Sb(V)的最大吸附容量分别是53.5mg/g和99.5mg/g，此外通过氨基修饰后UiO-66(NH₂)对Sb(III)和Sb(V)的最大吸附容量仅提高为61.18和105.4mg/g[Efficient Removal of Antimony(III,V)from Contaminated Waterby Amino Modification of a Zirconium Metal-Organic Framework with MechanismStudy,J.Chem.Eng.Data 2017,62,1519-1529]。因此，如何进一步提高UiO-66晶体材料对Sb(III)/Sb(V)的吸附性能，成为科研人员研究的重点及难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂稀土元素的缺陷UiO-66材料及其制备方法和应用，本发明制备的缺陷UiO-66材料对Sb具有较大的吸附容量。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种掺杂稀土元素的缺陷UiO-66材料的制备方法，包括以下步骤：

将四氯化锆、对苯二甲酸、N,N-二甲基甲酰胺和稀土氧化物混合，将所得混合物进行溶剂热反应，得到掺杂稀土元素的缺陷UiO-66材料；

所述稀土氧化物为Sm₂O₃、Eu₂O₃、Er₂O₃或Tm₂O₃；

所述四氯化锆、对苯二甲酸和稀土氧化物的摩尔比为1:1:(0.25～0.5)。