[發(fā)明專(zhuān)利]一種污泥基金屬有機(jī)框架材料的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011517956.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112608343A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張山;李寧;蘇明雪;黃婷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥水泥研究設(shè)計(jì)院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C07F15/04
• 分類(lèi)號(hào): C07F15/04;C07F15/06;C07F3/06;C02F11/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發(fā)明公開(kāi)了一種污泥基金屬有機(jī)框架材料的制備方法。本方法充分利用污泥中的重金屬和有機(jī)質(zhì)作為功能材料的制備原料，通過(guò)熱?酸法對(duì)污泥中蛋白質(zhì)的提取和水解，得到不同種類(lèi)和單一空間構(gòu)型的氨基酸。水解得到的不同氨基酸作為金屬有機(jī)框架的混合配體可以提高結(jié)構(gòu)的多樣性，氨基酸的單一空間構(gòu)型也提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，賦予該同步分離?限域催化材料新的應(yīng)用潛力，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于污泥資源化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種污泥基金屬有機(jī)框架材料的制備方法。

背景技術(shù)

污泥是污水處理廠對(duì)污水進(jìn)行凈化處理后的產(chǎn)物，其成分十分復(fù)雜，含有大量的重金屬和有機(jī)質(zhì)（主要為蛋白質(zhì)）以及難以降解的有害物質(zhì)。隨著人口增加和工業(yè)發(fā)展，工業(yè)污泥、市政污泥等不同污泥的產(chǎn)量也急劇增加。2020年我國(guó)的污泥產(chǎn)量預(yù)計(jì)將突破6000萬(wàn)噸（含水率80%），對(duì)地質(zhì)環(huán)境及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染和破壞，并危害人體健康。當(dāng)前我國(guó)的污泥處理尚處于初級(jí)階段，對(duì)污泥的安全無(wú)害化處置率尚不足30%，污泥的處置已經(jīng)成為緊迫的問(wèn)題。

金屬有機(jī)框架材料是由無(wú)機(jī)金屬中心（金屬離子或金屬簇）與橋連的有機(jī)配體通過(guò)自組裝相互連接，形成的一類(lèi)具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。金屬有機(jī)框架材料具有比表面積大、孔隙率高、結(jié)構(gòu)可調(diào)控和易功能化等優(yōu)良特性，在吸附、傳感、氣體儲(chǔ)存與分離以及催化領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其中，氨基酸配體具有多樣的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)位點(diǎn)，通過(guò)調(diào)控?zé)o機(jī)金屬中心和氨基酸配體的種類(lèi)和橋聯(lián)方式，制備的金屬有機(jī)框架可以具有不同的結(jié)構(gòu)特征，進(jìn)而決定了其不同的功能和應(yīng)用特性。此外，氨基酸可以參與孔洞尺寸的調(diào)節(jié)，提高材料的生物相容性。因此，氨基酸作為金屬有機(jī)框架材料的配體已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種污泥基金屬有機(jī)框架材料的制備方法。本方法充分利用污泥中的重金屬和有機(jī)質(zhì)作為功能材料的制備原料，通過(guò)熱-酸法對(duì)污泥中蛋白質(zhì)的提取和水解，得到不同種類(lèi)和單一空間構(gòu)型的氨基酸。水解得到的不同氨基酸作為金屬有機(jī)框架的混合配體可以提高結(jié)構(gòu)的多樣性，氨基酸的單一空間構(gòu)型也提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，賦予該同步分離-限域催化材料新的應(yīng)用潛力，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種污泥基金屬有機(jī)框架材料的制備方法，通過(guò)熱-酸法在污泥中蛋白質(zhì)的提取和水解過(guò)程中保護(hù)氨基酸的結(jié)構(gòu)不受破壞且均為L(zhǎng)-空間構(gòu)型，同時(shí)，污泥水解得到的氨基酸作為金屬有機(jī)框架材料的混合配體，在污泥中/外加的配位中心體誘導(dǎo)下形成金屬有機(jī)框架材料，并在多尺寸的孔洞框架內(nèi)實(shí)現(xiàn)氣態(tài)有機(jī)污染物的同步分離-限域催化。

具體的，通過(guò)熱-酸法在污泥基蛋白質(zhì)的提取和水解過(guò)程中保護(hù)氨基酸的結(jié)構(gòu)不受破壞且均為L(zhǎng)-空間構(gòu)型，有利于提高金屬有機(jī)框架材料的穩(wěn)定性。同時(shí)，污泥水解得到的氨基酸種類(lèi)豐富，作為金屬有機(jī)框架材料的混合配體，能提高孔洞尺寸的多樣性，保障多組分氣體的高效分離。外加的配位中心體（鎳、鈷、鋅等金屬離子）不僅能誘導(dǎo)金屬有機(jī)框架材料的形成，還能通過(guò)所制備材料特有的高孔隙率提升催化活性位點(diǎn)密度，對(duì)污泥氣化產(chǎn)物脫焦具有良好的催化效果，從而確保所制備的污泥基金屬有機(jī)框架材料具有同步分離-限域催化性能。

所述的污泥基金屬有機(jī)框架材料的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）污泥蛋白質(zhì)的提取與水解：取污泥加入濃硫酸調(diào)節(jié)pH，在一定溫度下反應(yīng)，此時(shí)污泥中微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)大部分被提取到污泥溶液中，熱-酸法不僅避免了熱-堿法對(duì)氨基酸結(jié)構(gòu)的破壞，和酶水解法相比也具有更好的水解效果，反應(yīng)結(jié)束后，再次加入濃硫酸進(jìn)行回流反應(yīng)，令提取的蛋白質(zhì)被水解，得到產(chǎn)物溶液備用；

（2）污泥基金屬有機(jī)框架材料的制備：向步驟1所得產(chǎn)物溶液中加入金屬離子，室溫下攪拌均勻，靜置后過(guò)濾，將濾液移至水熱反應(yīng)釜中，加入反應(yīng)助劑，一定溫度下進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻得到污泥基金屬有機(jī)框架材料。

進(jìn)一步的，所述步驟1中污泥的含水率為85-95%。