[發明專利]一種碳基Mn-MOF-500吸附材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010992707.0
• 申請日: 2020-09-21
• 公開（公告）號: CN112121763B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 張淑華;陳釗;張子龍;肖瑜;龍威
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院;桂林理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;C02F1/28;B01J20/30;C02F101/20
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務所 32346
• 代理人: 吳雪健

本發明屬于金屬有機骨架材料技術領域，具體公開了一種碳基Mn?MOF?500吸附材料及其制備方法。它包括將Mn?MOF置于含氧氣體中進行碳化反應得到所述碳基Mn?MOF?500吸附材料，所述碳化反應的溫度為400?600℃，所述含氧氣體中的氧氣占比為25?80vol％，其余為Hsubgt;2/subgt;O、Nsubgt;2/subgt;或惰性氣體中的一種或多種。本發明制得的碳基Mn?MOF?500吸附材料既保證了其結構不坍塌，擴大了材料的比表面積，從0.82msupgt;2/supgt;/g增長到了11.83msupgt;2/supgt;/g，也降低了其水溶性，能極好的應用于去除廢水中的鎘、鉛、銅以及砷污染，同時材料制備簡單、成本低，可以向工業化應用推廣，具有結構簡單、設計合理、易于制造的優點。

技術領域

本發明主要涉及金屬有機骨架材料技術領域，具體地，涉及一種碳基Mn-MOF-500吸附材料及其制備方法。

背景技術

近年來礦山廢水的處理一直備受關注，因為其帶來的危害越來越重，其主要體現在重金屬污染上，重金屬離子進入水體中，會影響水中生物的生長及新陳代謝；如果人們飲用了重金屬離子超標的水體，那么將會導致引起多種疾病，損害健康，嚴重者會致癌、會破壞正常的新陳代謝、腎功能、肺功能和骨骼等。

多孔碳材料是一種具有良好吸附重金屬離子性能的材料，近年來得到了廣泛的發展和研究，越來越多的研究人員開始關注其制備及應用，目前關于其制備的主要原材料為生物質材料，但生物質材料成分復雜，其制備的原生多孔碳材料往往應用效果不佳，需要對其進行改性處理后再進行實際應用。金屬有機骨架材料MOF作為一種新興起的材料，其本身含有豐富的C、O等元素，且結構單一、成分簡單易于對其主要機理進行探究，將其作為多孔碳的原生材料在近幾年的研究中較為火爆，目前主要應用于氣體儲存、超級電容器等領域，將其應用重金屬離子吸附的研究報道較少。因此制備一種對于重金屬離子有優異吸附性能的碳化MOF材料是當下的急切需求。

但是現有的MOF材料存在易溶于水的問題，其不適用于長時間的水溶液中重金屬離子的吸附，如CN110090621A公開的一種金屬有機骨架衍生多孔碳材料及其制備方法與應用，對MOF碳化可以有效降低其水溶性，但沒有對碳化反應的氣體和溫度進行限定容易導致形成的碳基骨架坍塌；并且MOF材料制備過程中機械性能差，無法長期用作吸附重金屬離子的材料。

發明內容

1.要解決的問題

本發明一方面針對現有技術當中的MOF材料在水中性能不夠穩定，無法長期用作吸附重金屬離子的材料的技術問題；通過特定設置碳化工藝參數提供滿足性能要求的碳基Mn-MOF-500吸附材料。

2.技術方案

本發明提供一種碳基Mn-MOF-500吸附材料制備方法，將Mn-MOF置于含氧氣體中進行碳化反應得到所述碳基Mn-MOF-500吸附材料，所述碳化反應的溫度為400-600℃，所述含氧氣體中的氧氣占比為25-80vol％，其余包括水蒸氣、N₂或惰性氣體中的一種或多種。在該優選溫度范圍內既能夠使得溫度不會過低，從而保證制備MOF的溶劑完全揮發，又能夠避免溫度過高導致的碳基骨架坍塌。含氧氣體中氧氣的存在可以部分氧化碳基骨架，從而避免碳基骨架石墨化而導致坍塌，但過高的氧氣含量會將碳基骨架過度氧化，亦會影響其機械穩定性能而導致坍塌，因此氧氣含量應控制在25-80vol％范圍內。

優選地，其具體步驟為：

1)先將所述含氧氣體通入管式爐中，停止通氣后將溫度升至400-600℃；

2)將盛有Mn-MOF的剛玉方舟放入管式爐中進行碳化反應，反應過程持續通入所述含氧氣體；

3)反應240-360min后冷卻至25℃得到墨綠色塊狀材料即為所述碳基Mn-MOF-500吸附材料。