一种用于吸附Pb(II)的HKUST-1@PMMA复合材料的制备方法及其应用与流程

本发明属于废水中重金属的吸附技术领域，具体涉及一种用于吸附pb(ii)的hkust-1@pmma复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

hkust-1的化学式为：cu3(c9h3o6)2或cu3(tma)2，tma-h3为均苯三酸。hkust-1具有的多孔结构、高比表面积和化学稳定性等特性，因此hkust-1在很多领域具有非常广阔的应用前景。

hkust-1作为一种新型材料在吸附领域具有广泛的应用，其对亚甲基蓝和刚果红具有高度的选择性和可调性。hkust-1还具有作为气体分离的潜力，主要是因为两个原因，第一个是其具有良好的吸附性能，丰富的孔道结构和大量的金属活性位点在吸附气体方面有天然的优势；第二个是其多等级的孔道结构对气体有选择性，非极性分子容易被吸附在四面体笼状结构内，而极性分子则容易吸附在金属活性位点附近。

hkust-1作为吸附剂使用，由于比表面积大，自身又为粉末状，吸附后存在吸附剂分离回收困难的问题。本发明要解决的技术问题是将hkust-1颗粒化，提高其分离性能，为含铅废水提供一种新型吸附剂。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种制备工艺简单、成本低廉且能够循环使用的用于吸附pb(ii)的hkust-1@pmma复合材料的制备方法及其应用。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种用于吸附pb(ii)的hkust-1@pmma复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）hkust-1材料的制备，将1.5g1,3,5-苯三甲酸溶于45ml体积比为1:1的乙醇和n,n-二甲基甲酰胺的混合溶液中得到溶液a，再将3.114g三水硝酸铜溶于22.5ml去离子水中得到溶液b，然后将溶液a和溶液b混合并于室温搅拌10min，随后将混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的100ml容量的高压反应釜中并于100℃水热反应10h，将生成的蓝色晶体通过过滤的方法收集，用甲醇洗涤数次，最后将制备的蓝色晶体于60℃真空干燥12h得到hkust-1材料备用；

（2）hkust-1@pmma复合材料的制备，将1g聚甲基丙烯酸甲酯加入到10gn-甲基吡咯烷酮溶液中，在密闭干燥无水的条件下于室温搅拌24h将其溶解得到溶液c，再将4g制得的hkust-1材料在干燥封闭的无水环境下通过搅拌均匀分散到溶液c中得到溶液d，将溶液d滴加到去离子水中并过夜，分离，用水洗涤，再于60℃真空干燥12h得到hkust-1@pmma复合材料。

本发明所述的hkust-1@pmma复合材料在吸附废水中pb(ii)的应用，其中吸附温度为室温，吸附时间为50-100min，吸附pb(ii)后的hkust-1@pmma复合材料加入到摩尔浓度为0.2mol/l的硫脲溶液中，室温静置24h实现hkust-1@pmma复合材料的洗脱，洗脱再生后的hkust-1@pmma复合材料重复循环使用。

本发明制备工艺简单且成本低廉，制得的hkust-1@pmma复合材料容易分离回收并能够多次重复循环使用。

附图说明

图1是hkust-1材料和hkust-1@pmma复合材料的红外图谱；

图2是hkust-1材料和hkust-1@pmma复合材料的xrd图谱；

图3是时间对hkust-1@pmma复合材料吸附量的影响曲线；

图4是初始浓度对hkust-1@pmma复合材料吸附量的影响曲线；

图5是吸附材料投加量对hkust-1@pmma复合材料吸附量的影响曲线；

图6是hkust-1@pmma复合材料的循环吸附性能图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例

hkust-1材料的制备，将1.5g1,3,5-苯三甲酸溶于45ml体积比为1:1的乙醇和n,n-二甲基甲酰胺的混合溶液中得到溶液a，再将3.114g三水硝酸铜溶于22.5ml去离子水中得到溶液b，然后将溶液a和溶液b混合并于室温搅拌10min，随后将混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的100ml容量的高压反应釜中并于100℃水热反应10h，将生成的蓝色晶体通过过滤的方法收集，用甲醇洗涤数次，最后将制备的蓝色晶体于60℃真空干燥12h得到hkust-1材料备用；

hkust-1@pmma复合材料的制备，将1g聚甲基丙烯酸甲酯加入到10gn-甲基吡咯烷酮溶液中，在密闭干燥无水的条件下于室温搅拌24h将其溶解得到溶液c，再将4g制得的hkust-1材料在干燥封闭的无水环境下通过搅拌均匀分散到溶液c中得到溶液d，将溶液d滴加到去离子水中并过夜，分离，用水洗涤，再于60℃真空干燥12h得到hkust-1@pmma复合材料。

图1是hkust-1材料和hkust-1@pmma复合材料的红外谱图。hkust-1材料的红外图谱和文献报道的完全一致，1645cm^-1处的特征峰是羰基基团的非对称伸缩振动，730cm^-1和770cm^-1处特征吸收峰表示的是金属离子cu和来自1,3,5-苯三甲酸上的羧酸官能团的螯合键。

图2是hkust-1材料和hkust-1@pmma复合材料的xrd图谱，由xrd图谱可知，在hkust-1@pmma复合材料图谱中观察到hkust-1材料的特征吸收峰。

吸附性能

图3为吸附时间对hkust-1@pmma复合材料吸附量的影响曲线。分别移取一系列体积50ml，浓度为200mg/l和100mg/l的pb(ii)溶液于锥形瓶中，分别加入200mghkust-1@pmma复合材料，于30℃以160rpm振荡。在吸附的前30min，吸附量随时间的增加很快，60min以后吸附量趋于平衡状态。在初始浓度为200mg/l和100mg/l时，hkust-1@pmma复合材料对pb(ii)的吸附量分别是47.54mg/g和23.89mg/g。

图4为初始浓度对hkust-1@pmma复合材料吸附量的影响曲线。分别移取一系列50ml、不同浓度的pb(ii)溶液于锥形瓶中，分别加入200mghkust-1@pmma复合材料，于30℃以160rpm振荡300min。当pb(ii)离子的初始浓度为50mg/l、100mg/l、150mg/l、200mg/l、250mg/l、300mg/l时，hkust-1@pmma复合材料的投加量为200mg时，吸附量分别为24.87mg/g、32.75mg/g、47.53mg/g、91.38mg/g、169.45mg/g。金属离子的初始浓度越大，吸附量也增大。

图5为吸附材料质量对hkust-1@pmma复合材料吸附量的影响曲线。分别移取一系列体积50ml，浓度为200mg/l的pb(ii)溶液于锥形瓶中，分别加入不同质量的hkust-1@pmma复合材料，于30℃以160rpm振荡300min。当hkust-1@pmma复合材料质量为400mg时，pb(ii)的吸附率达到99.49%。

图6为吸附剂的洗脱和再生性能图。将吸附pb(ii)后的hkust-1/pmma复合材料加入到0.2mol/l的硫脲溶液中，室温放置24h，取出hkust-1@pmma复合材料，然后再加入到200mg/l的pb(ii)溶液中，以此循环吸附洗脱5次。洗脱第5次后，hkust-1@pmma复合材料的吸附量仍然有35.64mg/g，吸附性能仍然保留了最初的74%。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。