一种净水元件、净水元件的制备方法及净水器

本发明属于水处理，具体涉及一种净水元件、净水元件的制备方法以及应用该净水元件的净水器。

背景技术：

1、mofs是一种很有前途的前驱体材料，在制备活化pms的高效催化剂方面具有重要的应用前景。在这方面，开发可持续、清洁和可再生的mofs来激活pms去除有机污染物是非常受欢迎的。因此，设计和构建具有高催化活性和长期稳定性的低成本mofs是aops领域的一项具有挑战性的任务。这些粉末形态的mofs材料限制了其在工业领域的实际应用。为了解决这些问题，人们做出了许多努力。另一方面，co/fe-mofs具有较高的表面能，易于聚合。因此，有必要将co/fe双金属mofs分散到支架上以缓解团聚现象，同时克服其在循环和实用性方面的缺点，我们进一步在生物质基质上原位生长fe1co3-mofs制备fe1co3@bs，直接将功能性mofs集成到稳定、弹性和可回收的生物基基底上，这使得3d mofs基材料的生产能够保持其结晶度、分层多孔结构和稳定性。特别是由于生物质材料特殊的内部结构，功能mofs可以均匀分散在其内部孔隙中，从而大大减少了mofs团聚和粉体损失的发生。

技术实现思路

1、基于上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种可以克服mofs粉末团聚，实现易回收且实用性强的净水元件，同时还提供该净水元件的制备方法和提供一种应用该净水元件的净水器。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种净水元件，为附着有活性组分的多孔弹性木质基体，所述活性组分为fe1co3-mofs纳米颗粒。

4、进一步，所述多孔弹性木质基体的制备方法为：

5、1)利用质量比1:1的氢氧化钠和亚硫酸钠配置水溶液；

6、2)将巴尔杉木切成直径1.5cm、高1cm的均一圆柱形，取5块在500ml水溶液中浸泡，浸泡完成后取出水洗至ph呈中性；

7、3)将清洗后的巴尔杉木冷冻干燥，即得多孔弹性木质基体，也可称之为木质海绵。

8、冷冻干燥可以使得木材分子之间的冷冻水直接气化并原位成孔，不仅制备工艺简单，而且使木材孔隙和相互连通的孔道增多。通过调节溶液浸泡时间和浓度，即可调节多孔通道弹性木质基体的孔隙度，混合溶液浓度优选为10g/l，浸泡时间为3h，如若溶液浓度和浸泡时间进一步增加，木材中木质素和纤维素被过度破坏，导致木质基体没有足够的支撑骨架，不能形成具有良好弹性的木质基体，导致其形变性能降低。如若溶液浓度和浸泡时间进一步降低，虽然最终多孔通道弹性木质基体具有良好的支撑骨架，但内部孔隙和通道内壁比表面积低，mofs粉末的负载量降低，降低净水元件的处理效率。此外，由于多孔通道弹性木质基体的吸水能力与孔隙度和形变性能密切相关，因此，溶液浓度过高或过低都会降低多孔通道弹性木质基体的吸水率，从而相应地降低处理速率。

9、进一步，所述水溶液的浓度为10g/l，浸泡时间为3h。

10、进一步，所述多孔弹性木质基体的孔径为10-200nm，孔隙度为60-85％。

11、一种净水元件的制备方法，包括以下步骤：

12、1)配制co(no3)2和fecl3的混合水溶液；

13、2)将多孔弹性木质基体浸泡于co(no3)2和fecl3混合水溶液中，浸泡12～24h；

14、3)配置一定浓度的2-mi水溶液，逐滴加入多孔弹性木质基体所浸泡的溶液中，搅拌一定时间12h，得到净水元件前驱体；

15、4)将净水元件前驱体冷冻干燥，即得净水元件，即附着有fe1co3-mofs纳米颗粒的多孔弹性木质基体。

16、进一步，所述co(no3)2和fecl3的混合水溶液中co(no3)2与fecl3的摩尔比为1-4:1。

17、进一步，所述2-mi水溶液的浓度为3.36mol/l，用量为40ml。

18、进一步，所述fe1co3-mofs纳米颗粒的平均粒度为2-50nm。

19、在上述工艺下制备得到净水元件兼具优异的形变性能、降解率、吸水能力和降解速度。co(no3)2和fecl3的配比可以改变所形成的mofs颗粒的催化活性，配比过高或过低都会使催化搅拌装置的处理速率降低。此设计采用原位生长法在多孔弹性木质基体的孔隙表面负载均匀的mofs纳米颗粒，可以使纳米颗粒更加稳定附着在木质素和纤维素上。

20、一种净水器，包括五笼催化叶轮搅拌器，所述五笼催化叶轮搅拌器安装在搅拌棒上，根据处理水的深度，所述搅拌棒上设有若干层五笼催化叶轮搅拌器，所述五笼催化叶轮搅拌器有五个装载笼，所述净水元件装于装载笼中，所述净水元件大小与装载笼大小适配。其中，净水元件的形状可以随意变换，可根据现有的净水器设备的具体形状来制备对应形状的净水元件，工艺简单且成本低。

21、进一步，所述装载笼采用尼龙质地3d打印制备而成。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

23、1、本发明的净水元件具有以下优点：1)mofs粉末本身具有很强的pms活化能力，且多孔弹性木质基体本身也具有一定的吸附性，二者叠加使净水元件的有机物去除率显著提升；2)通过控制fe1co3-mofs纳米颗粒的负载量和流动通道的方向，可以调节fe1co3@bs过滤器的催化性能；3)fe1co3@bs过滤器池在较宽的ph(3～11)范围内，即使在mb浓度较高的情况下，也能很好地回收和降解；4)多孔弹性木质基体上的多孔细胞和相互连接的通道内壁可使mofs粉末有效的分散，减少粉末团聚现象，显著提升净水效率；5)多孔弹性木质基体的吸水能力强，可显著提升净水效率。

24、2、本发明的净水元件的降解率≥92％，吸水率为40-80g/g，kobs≥0.8min-1，净水速度快，可同时满足处理水厂对有机物降解速率和降解率的迫切需求。

技术特征：

1.一种净水元件，其特征在于，该净水元件为附着有活性组分的多孔弹性木质基体，所述活性组分为fe1co3-mofs纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的净水元件，其特征在于，所述多孔弹性木质基体的制备方法为：

3.根据权利要求2所述的净水元件，其特征在于，所述水溶液的浓度为10g/l，浸泡时间为3h。

4.根据权利要求2所述的净水元件，其特征在于，所述多孔弹性木质基体的孔径为10-200nm，孔隙度为60-85%。

5.一种净水元件的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的净水元件的制备方法，其特征在于，所述co(no3)2和fecl3的摩尔比为1-4:1。

7. 根据权利要求5所述的净水元件的制备方法，其特征在于，所述2-mi水溶液的浓度为3.36 mol/l。

8.根据权利要求5所述的净水元件的制备方法，其特征在于，所述fe1co3-mofs纳米颗粒的平均粒度为2-50nm。

9.一种净水器，其特征在于，该净水器包括五笼催化叶轮搅拌器，所述五笼催化叶轮搅拌器安装在搅拌棒上，根据处理水的深度，所述搅拌棒上设有若干层五笼催化叶轮搅拌器，所述五笼催化叶轮搅拌器有五个装载笼，权利要求1~8任一项所述的净水元件装于装载笼中，所述净水元件大小与装载笼大小适配。

10.根据权利要求9所述的净水器，其特征在于，所述装载笼采用尼龙质地3d打印制备而成。

技术总结
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种净水元件、净水元件的制备方法及净水器。该净水元件为附着有Fe<subgt;1</subgt;Co<subgt;3</subgt;‑MOFs纳米颗粒的多孔弹性木质基体。该净水元件的制备方法为：1）配制Co(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;和FeCl<subgt;3</subgt;的混合水溶液；2）将多孔弹性木质基体浸泡于Co(NO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;和FeCl<subgt;3</subgt;混合水溶液中，浸泡12~24h；3）配置一定浓度的2‑MI水溶液，逐滴加入多孔弹性木质基体所浸泡的溶液中，搅拌一定时间12h，得到净水元件前驱体；4）将净水元件前驱体冷冻干燥，即得净水元件，即附着有Fe<subgt;1</subgt;Co<subgt;3</subgt;‑MOFs纳米颗粒的多孔弹性木质基体。一种净水器为将净水元件装于五笼催化叶轮搅拌器中的净水装置。本发明的净水元件的降解率≥92%，吸水率为40‑80g/g，Kobs≥0.8min<supgt;‑1</supgt;，净水速度快，可同时满足处理水厂对有机物降解速率和降解率的迫切需求。

技术研发人员：张伟,樊梦珂,龚林,唐一凡,柴森友,王超海,朱新锋
受保护的技术使用者：郑州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13