本發(fā)明涉及吸附劑，特別是涉及一種利用廢棄咖啡渣制備生物炭-金屬有機框架吸附劑的方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、重金屬是一種具有高度毒性的化合物，廣泛存在于工業(yè)排放、某些電鍍過程、皮革生產(chǎn)、染料制造和某些化學(xué)合成中，從而造成水資源重金屬污染。由于重金屬易被生物富集，存在潛在的環(huán)境危害和對人體健康的影響，使得水體重金屬污染的危害越來越受到關(guān)注。目前，市面上主要采用吸附劑方法處理水中的重金屬。生物炭因其原料易獲得，制造過程很簡單，成本低且對環(huán)境無污染的特點，是主要的重金屬吸附劑。同時，生物炭在環(huán)保與土壤修復(fù)方面，也被廣泛應(yīng)用，生物炭作為一種土壤改良劑，能夠明顯改良土壤養(yǎng)分、水分、透氣性、酸堿性等基礎(chǔ)特性，從而影響土壤微生物生存環(huán)境和新陳代謝特性，幫助環(huán)境進行自身修復(fù)。還有一種比較常用的重金屬吸附材料是有機金屬框架，具有非常高的比表面積，這為吸附提供了大量的活性位點。合成可能涉及昂貴的原料和復(fù)雜的合成過程，增加了成本。但是，將生物炭或者有機金屬框架單獨用于吸附重金屬時，存在高成本、吸附效率低、飽和吸附量低等問題。如何進一步提升生物炭或者有機金屬框架對重金屬的處理能力是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種利用廢棄咖啡渣制備生物炭-金屬有機框架吸(mofs)附劑的方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，實現(xiàn)有毒重金屬的優(yōu)異吸附。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一：提供一種利用廢棄咖啡渣制備生物炭-金屬有機框架的方法，步驟包括：

4、將咖啡渣經(jīng)水洗、烘干、過篩、熱解得到咖啡渣基生物炭；

5、將將鐵源、配體和溶劑混合均勻，得到混合溶液；

6、將所述咖啡渣基生物炭加入所述混合溶液中分散均勻，熱處理后經(jīng)洗滌、干燥，即得所述生物炭-金屬有機框架。

7、進一步的，所述鐵源包括三氯化鐵、硝酸鐵和無水氯化鐵中的至少一種。

8、進一步的，所述配體包括2-氨基對苯二甲酸、4-氨基苯甲酸和5-氨基異鄰苯二甲酸中的一種。

9、進一步的，所述溶劑包括dmf、dmso和乙醇中的至少一種。

10、進一步的，所述熱解為在惰性氣氛中以3～15℃/min的升溫速率升溫至300～800℃，保溫2～8h。

11、進一步的，所述水洗為使用水淋洗至淋濾液的ph值為中性。

12、進一步的，所述烘干的溫度為50～120℃。

13、進一步的，所述過篩為過100～200目篩的篩下物。

14、進一步的，所述鐵源、配體和溶劑的用量比為7.5mmol:3.75mmol:60ml。

15、進一步的，所述咖啡渣基生物炭和溶劑的用量比為20～50g:60ml。

16、進一步的，所述熱處理的溫度為100～120℃，時間為18～24h。

17、進一步的，所述洗滌為依次使用n,n-二甲基甲酰胺和乙醇分別洗滌三次。

18、進一步的，所述干燥的溫度為50～120℃。

19、本發(fā)明技術(shù)方案之二：提供一種由上述方法制得的生物炭-金屬有機框架。

20、本發(fā)明技術(shù)方案之三：提供一種上述生物炭-金屬有機框架作為吸附劑在有毒重金屬吸附富集中的應(yīng)用。

21、進一步的，所述有毒重金屬為cr(vi)。

22、本發(fā)明技術(shù)方案之四：提供一種提升生物炭對cr(vi)吸附效率的方法，利用金屬有機框架對生物炭進行改性制備生物炭-金屬有機框架材料，使用所述生物炭-金屬有機框架材料吸附cr(vi)；所述生物炭-金屬有機框架材料制備步驟包括：

23、將咖啡渣經(jīng)熱解、水洗、烘干、過篩得到咖啡渣基生物炭；

24、將三氯化鐵與2-氨基對苯二甲酸、n,n-二甲基甲酰胺(dmf溶液)混合均勻后得到混合溶液；

25、將所述咖啡渣基生物炭加入所述混合溶液中分散均勻，熱處理后，經(jīng)洗滌、干燥，得到所述生物炭-金屬有機框架材料。

26、本發(fā)明技術(shù)方案之五：提供一種提升金屬有機框架對cr(vi)吸附效率的方法，利用生物炭對金屬有機框架材料改性制備生物炭-金屬有機框架材料，使用所述生物炭-金屬有機框架材料吸附cr(vi)；所述生物炭-金屬有機框架材料制備步驟包括：

27、將咖啡渣經(jīng)熱解、水洗、烘干、過篩得到咖啡渣基生物炭；

28、將三氯化鐵與2-氨基對苯二甲酸、n,n-二甲基甲酰胺(dmf溶液)混合均勻后得到混合溶液；

29、將所述咖啡渣基生物炭加入所述混合溶液中分散均勻，熱處理后，經(jīng)洗滌、干燥，得到所述生物炭-金屬有機框架材料。

30、優(yōu)選的方案中，通過限定二者的配比30mg吸附劑對200mg?l-1的cr(ⅵ)溶液的吸附效果最佳。

31、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

32、本發(fā)明以咖啡渣廢棄物為原料，將咖啡渣廢棄物轉(zhuǎn)化為具有高效吸附性能的生物炭，進而制備得到生物炭-金屬有機框架，利用生物炭的高比表面積和多孔性來增加mofs的穩(wěn)定性和吸附能力。同時利用mofs的高選擇性和可調(diào)節(jié)性來提高整體的吸附效率，制備吸附劑的步驟具有簡單高效、綠色環(huán)保、節(jié)能減排及低成本的特點，且該吸附劑對有毒重金屬cr(vi)表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能，成為治理該污染物的理想選擇。

技術(shù)特征：

1.一種利用廢棄咖啡渣制備生物炭-金屬有機框架的方法，其特征在于，步驟包括：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鐵源包括三氯化鐵、硝酸鐵和無水氯化鐵中的至少一種；所述配體包括2-氨基對苯二甲酸、4-氨基苯甲酸和5-氨基異鄰苯二甲酸中的一種；所述溶劑包括dmf、dmso和乙醇中的至少一種。

3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱解為在惰性氣氛中以3～15℃/min的升溫速率升溫至300～800℃，保溫2～8h；所述水洗為使用水淋洗至淋濾液的ph值為中性。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述烘干的溫度為50～120℃；所述過篩為過100-200目篩的篩下物；所述熱處理的溫度為100～120℃，時間為18～24h；所述洗滌為依次使用n,n-二甲基甲酰胺和乙醇分別洗滌三次；所述干燥的溫度為50～120℃。

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鐵源、配體和溶劑的用量比為7.5mmol:3.75mmol:60ml；所述咖啡渣基生物炭和溶劑的用量比為20～50mg:60ml。

6.如權(quán)利要求1～5任一項所述方法制得的生物炭-金屬有機框架。

7.如權(quán)利要求6所述的生物炭-金屬有機框架作為吸附劑在有毒重金屬吸附富集中的應(yīng)用。

8.一種提升生物炭對cr(vi)吸附效率的方法，其特征在于，利用金屬有機框架對生物炭進行改性制備生物炭-金屬有機框架材料，使用所述生物炭-金屬有機框架材料吸附cr(vi)；所述生物炭-金屬有機框架材料制備步驟包括：

9.一種提升金屬有機框架對cr(vi)吸附效率的方法，其特征在于，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于吸附劑技術(shù)領(lǐng)域，特別的，涉及一種利用廢棄咖啡渣制備生物炭?金屬有機框架吸附劑方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用。本發(fā)明通過將咖啡渣經(jīng)水洗、烘干、過篩、熱解得到咖啡渣基生物炭；將鐵源、配體和溶劑混合均勻，得到混合溶液；將咖啡渣基生物炭加入混合溶液中分散均勻，熱處理后，經(jīng)洗滌、干燥，即得生物炭?金屬有機框架。本發(fā)明制備吸附劑的步驟具有簡單高效、綠色環(huán)保、節(jié)能減排及低成本的特點，其作為吸附劑能夠有效地重復(fù)回收利用，且該吸附劑對有毒重金屬Cr(VI)表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能。

技術(shù)研發(fā)人員：孟奇,闞惠瑩,張英杰,董鵬,閆金,周鑫煜,李晨晨,余函靜,余萬權(quán)
受保護的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6