[发明专利]一种木质素掺杂金属有机骨架衍生的碳铁复合材料的制备及其应用

说明书

本发明提供了一种木质素掺杂金属有机骨架（MOF）衍生的碳铁复合材料的制备方法及其应用，该材料在广泛的pH条件下可以作为多种抗生素和重金属六价铬离子的吸附剂。该材料通过将MOF与木质素的混合物作为前体，采用一步热解法进行合成，得到的材料中铁纳米颗粒均匀负载在具有多孔结构的超薄碳纳米片表面。其中，木质素的掺杂提高了碳材料的比表面积和石墨化程度，能够有效增强物质的传输和捕获能力，同时有利于铁纳米颗粒的分散，使颗粒聚集最小化，为铁纳米颗粒提供额外的稳定性，并用作抗生素和重金属六价铬离子的次级吸附位点。同时材料具有磁性，可以快速方便地从水相中进行回收。通过将其应用于吸附抗生素和重金属六价铬离子，发现其表现出优异的吸附性能。

技术领域

本发明涉及一种可用于广泛的pH条件下的抗生素和六价铬离子废水的非均相吸附剂，属于吸附技术领域。

背景技术

抗生素因为其杀菌抑菌的作用广泛应用于医学、农业、畜牧业以及养殖业，但由于人们对其盲目滥用，导致抗生素在动物体内累积，最终排放进环境中。同样，因为广泛用于各个工业领域，痕量的六价铬能够在人类和动物中引起致癌和突变，对环境和人类健康造成威胁。

迄今为止，有效去除抗生素和六价铬的方法主要包括吸附、光催化、类芬顿、膜法过滤、生物降解和电化学降解等。在这些方法中，吸附由于其成本低、去除效果较好、环境友好和操作简单等优点，已被认为是从水中去除抗生素和六价铬的最实用技术之一。但是由于吸附速率、容量和再循环性不足，现有的吸附剂还存在缺陷，因此迫切需要更合适的吸附剂。

在热解条件下制备的MOF衍生的碳铁复合材料具有一些特殊的性质，例如磁性，大的比表面积和孔体积，在水相吸附领域具有显著的优势。同样，木质素作为自然界中广泛存在的生物炭，因为自身表面的多种活性基团，也有作为吸附剂去除污染物的研究。将木质素掺杂进MOF中，可以显著提高MOF衍生的碳铁复合材料的吸附性能，对四环素类抗生素和六价铬具有极大的吸附容量。此外，可以通过磁分离回收吸附剂，再通过添加乙醇使吸附剂方便地得到再生。这种材料具有方便、高效，无二次污染的特点，属于绿色环保吸附剂，有望成为去除抗生素和六价铬的理想材料。

发明内容

本发明提供了一种木质素掺杂金属有机骨架衍生的碳铁复合材料的制备方法及其应用，该材料在广泛的pH条件下可以作为多种抗生素和重金属六价铬离子的吸附剂。该材料通过将MOF与木质素机械混合作为前体，采用一步热解法进行合成，得到的材料中铁纳米颗粒均匀负载在具有多孔结构的超薄碳纳米片表面。其中，木质素的掺杂提高了碳材料的比表面积和石墨化程度，能够有效增强物质的传输和捕获能力，同时有利于铁纳米颗粒的分散，使颗粒聚集最小化，为铁纳米颗粒提供额外的稳定性，并用作抗生素和重金属六价铬离子的次级吸附位点。同时材料具有磁性，可以快速方便地从水相中进行回收。通过将其应用于吸附抗生素和重金属六价铬离子，发现其表现出优异的吸附性能。

具体的，本发明提供一种木质素掺杂MOF衍生的碳铁复合材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：

1)将一定量的FeCl₃溶解在N,N-二甲基甲酰胺(N,N-dimethyl formamide，DMF)中得到溶液A；再将2-氨基对苯二甲酸溶解在N,N-二甲基甲酰胺中得到溶液B；将溶液A倒入溶液B中；两者均匀混合后倒入水热釜中水热反应，将反应液离心，将得到的沉淀依次用N,N-二甲基甲酰胺、水、乙醇各洗涤若干次，干燥，得到棕色粉末；

2)将一定量的所述棕色粉末置于研钵中，加入一定量的木质素粉末与其混合，并研磨均匀。

3)将所述混合粉末在惰性气氛下管式炉中煅烧，惰性气氛下冷却至室温，用水清洗，然后磁分离，干燥，得到所述木质素掺杂MOF衍生的碳铁复合材料。