[發明專利]一種利用無氟助劑碳酸鈉制備MIL-100(Fe)的方法及應用

有效

• 申請號: 201710675265.5
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107446138B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 文嘉;方穎;曾光明;彭志龍;張思宇
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B01J20/20;B01J20/30;C02F1/28;C02F101/22
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 黃麗

本發明公開了一種利用無氟助劑碳酸鈉制備MIL?100(Fe)的方法，該方法包括以下步驟：（1）稱取鐵鹽溶解于無氟助劑Na₂CO₃溶液中，待鐵鹽完全溶解后，加入有機配體溶液并攪拌，得到混合液；（2）將混合液在密閉條件下進行加熱反應，得到MIL?100(Fe)材料粗產物；（3）分別用去離子水和乙醇對粗產物進行洗滌，離心收集后烘干，得到MIL?100(Fe)。本發明的方法具有操作簡單、成本低廉、除Cr(VI)效率高、且對環境友好的優點，可應用于處理含Cr污水。

技術領域

本發明屬于材料制備和水處理技術領域，涉及一種利用無氟助劑碳酸鈉制備MIL-100(Fe)的方法及應用，利用碳酸鈉助劑強化金屬有機框架材料MIL-100(Fe)對水體污染中重金屬Cr(VI)的去除。

背景技術

鉻（Cr）污染是最常見的水體污染，主要來自于電鍍、制革、制藥、印染等鉻鹽生產工藝排放廢水與鉻渣，主要以Cr(III)和Cr(VI) 兩種價態進入環境。Cr(VI)具有強毒性，易被人體吸收蓄積，經皮膚接觸可能導致過敏，更可能造成遺傳性基因缺陷，吸入可能致癌，對環境有持久危險性。水體鉻污染已經成為了世界各國急迫解決的問題，也是各國水環境防治的重點研究對象。

金屬有機框架化合物（MOFs）由于具有巨大的比表面積和結構功能的可調節性，已經在氣體吸附、物質分離、催化和藥物載體等方面有較為廣泛的應用，是一類新型的多功能材料。其中，MIL-100(Fe)材料是目前研究較多的一類MOFs材料。該材料的最大優點在于，相比較其他用Cr、Cu、Co等有毒有害金屬合成的有機骨架材料，MIL-100(Fe)具有低毒和綠色環保的特性。此外，相對于UiO、ZIF、MIL-53等MOFs，MIL-100型材料具有更高的水穩定性。因此，不少研究學者致力于研究其對水環境中污染物的去除過程和機理。例如Zhu等學者的報道（J. Phys. Chem. C, 2012, 116(15):8601–8607），使用MIL-100(Fe)材料來去除溶液中的As(V)，其去除效率比納米氧化鐵或商業氧化鐵粉末高出6到36倍。在制備MIL系列材料時，研究學者往往采用添加助劑（礦化劑）來提高產品的純度和結晶度。然而，傳統的MOFs材料制備方法涉及使用氫氟酸（HF）作為助劑來提高材料純度和產率，而HF具有環境毒性，利用此方法量產MOFs可能帶來新的環境問題。此外，有學者采用無氟助劑（如四甲基氫氧化銨TMAOH）或不使用HF來制備MOFs，可是TMAOH具有極強腐蝕性，不使用HF的MOF材料晶形會受到很大影響，生成材料穩定性較差。

因此，如何制備MIL-100(Fe)材料，使得制備過程既簡單、環保和經濟，又能改善其功能性，提高其對環境污染物特別是重金屬的吸附性能，是值得研究的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，針對目前利用MIL-100(Fe)技術處理重金屬污染水體所存在的不足，提供一種操作簡單、成本低廉、除Cr(VI)效率高、且對環境友好的利用無氟助劑碳酸鈉制備MIL-100(Fe)的方法及應用。本發明利用碳酸鈉（Na₂CO₃）提升MIL-100(Fe)的礦化程度，強化MIL-100(Fe)去除水中Cr(VI)的效果。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種利用無氟助劑碳酸鈉制備MIL-100(Fe)的方法，包括以下步驟：

（1）稱取鐵鹽溶解于無氟助劑碳酸鈉溶液中，待鐵鹽完全溶解后，加入有機配體溶液并攪拌，得到混合液；

（2）將步驟（1）所得混合液在密閉條件下進行加熱反應，反應完成后，冷卻至室溫，得到MIL-100(Fe)材料粗產物；

（3）分別用去離子水和乙醇對MIL-100(Fe)材料粗產物進行洗滌，離心收集后烘干，得到MIL-100(Fe)。