一种活性炭掺杂MIL-101(Fe)吸附冶炼废水中砷的方法

本发明涉及废水处理，具体涉及一种活性炭掺杂mil-101(fe)吸附冶炼废水中砷的方法。

背景技术：

1、目前，水体中的砷污染是非常严峻的一个环境问题，水体中的砷可积累于人体器官中，长期饮用含砷水可能导致慢性中毒，诱发皮肤病变、心血管疾病、神经系统损害及癌症。目前，对于水源的修复中最常用的技术就是吸附法。吸附技术是一种简单高效的处理技术，有成本低，可重复利用性高，效率高的特点。ac@fe-mof作为一种新型吸附剂，所需材料成本低、稳定性高，无二次污染，对砷的吸附性能强，二次利用率高。为减少砷排放和环境保护提供了一个新的技术。

2、处理含砷废水的主要方法包括化学沉淀法、吸附法、离子交换法、膜分离技术和生物处理方法。但是低成本技术往往效率不足或处理不彻底。化学沉淀产生大量含砷污泥，存在处理和处置问题。如膜分离技术运行和维护要求高，且可能面临膜污染和高能耗问题。不同水质和环境条件需要不同的处理技术，没有一种万能的解决方案。因此，研发经济有效、环保可持续的除砷技术仍是当前的重大挑战。

3、现有中国专利文件cn202310351729.2，一种去除工业废水中低浓度砷的方法，涉及有毒金属环保治理技术领域。通过制备泡沫镍负载mof复合材料，包括泡沫镍负载mil-101(fe)和泡沫镍负载mil-101(cr)，以泡沫镍为基底生长mof，使得mof的孔隙增加，结构均匀，经过特氟龙衬里的高压釜中制备的泡沫镍负载mil-101(fe)和泡沫镍负载mil-101(cr)，使用去离子水洗去吸附剂上的未反应的残留物及干燥处理后，具有高效的除砷效率。改善单一mof在溶液中的不稳定性，并提高mof的比表面积和介孔结构，赋予丰富活性位点，处理废水溶液。合成的不同mof/泡沫镍吸附剂还可吸附其他有害金属。但是虽然泡沫镍提供了三维结构，但mofs内部的活性位点可能由于孔道尺寸限制而难以完全利用。与纯mofs相比，泡沫镍负载的mofs可能在单位面积上的活性位点密度较低。并且制备均匀且紧密负载在泡沫镍上的mofs可能需要复杂的合成步骤和条件控制。反应物和产物在mofs孔道内的扩散可能受到限制，影响反应速率。高质量的泡沫镍和mofs前驱体可能增加生产成本。泡沫镍的孔隙结构可能影响物质传输，特别是在高流速下。从实验室到工业规模的放大可能面临技术和经济障碍。

4、本发明通过活性炭的结合使用，不仅可以提高mofs材料的利用率，还能增强其稳定性和再生能力，从而提升整体的除砷性能，为解决全球性的饮用水砷污染问题提供了新的解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种活性炭掺杂mil-101(fe)吸附冶炼废水中砷的方法，本发明基于活性炭-铁基金属有机框架复合材料的高效废水中砷酸盐吸附砷，采用新型吸附剂ac@fe-mof，高比表面积为砷的吸附提供更多的活性位点，并与砷形成表面络合物，有效进行含砷废水的深度净化。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种活性炭掺杂mil-101(fe)吸附冶炼废水中砷的方法，包括：将mil-101(fe)与活性炭粉末制备得到活性炭掺杂mil-101(fe)，简称ac@fe-mof；ac@fe-mof加入到有色金属冶炼废水中，用于去除废水中的砷。

4、进一步的，所述ac@fe-mof的制备包括以下步骤：

5、s1：将对苯二甲酸和fecl3·6h2o加入于100ml的dmf中，超声振动5分钟直到完全溶解，采用热熔法在150℃下加热24小时以合成mil-101(fe)。静置到室温后，将溶液在离心机中离心5分钟。分别用dmf、无水乙醇洗涤3次，得到的粉末在干燥箱中干燥24小时得到粉末a。将活性炭粉末研磨后得到粉末b。

6、s2：将a、b两粉末在100ml的dmf混合，超声振动5分钟，采用热熔法在150℃下加热24小时以合成活性炭-铁基金属有机框架。静置到室温后，将溶液在离心机中离心5分钟；分别用dmf、无水乙醇洗涤3次，得到的粉末真空干燥24小时后得到ac@fe-mof。

7、进一步的，所述步骤s1中的fecl3·6h2o、和对苯二甲酸的摩尔比1：1。

8、进一步的，所述步骤s1、步骤s2中的超声振动频率为28-40khz。

9、进一步的，所述步骤s1、步骤s2中的离心速度为8000rad/min；

10、进一步的，所述有色冶炼废水中砷的浓度为200-800mg/l，ac@fe-mof与有色冶炼废水的固液比g：l为(0.2-0.8)：1。

11、本发明的有益效果：

12、ac@fe-mof复合材料具备显著的吸附性能，特别是对重金属砷(as)的去除效果明显优于单一的活性炭(ac)或金属有机框架材料(mil-101(fe))。

13、活性炭本身具有极高的比表面积和多孔结构，而mil-101(fe)以其金属有机框架结构著称，提供了丰富的纳米级孔道。将两者复合后，材料的比表面积和孔隙率显著提升，增加了吸附位点的数量。热稳定性提高，合成方法简单，效率快，不需要更多的经济成本，可以大规模应用于企业。无机砷物种如as(iii)和as(vi)通常带有负电荷，在特定ph条件下，它们可以通过静电作用被带正电的mofs表面吸附且mofs中的金属节点可以与砷酸根离子形成稳定的络合物，从而固定砷物种。对于含有羟基等官能团的有机砷，mofs可以通过氢键与之相互作用，促进吸附过程且有机砷含有苯环等芳香结构，mofs中的芳香族配体可能通过π-π堆叠相互作用参与吸附。

14、mofs的高比表面积和多孔结构提供了大量均匀分布的活性位点，有利于砷的有效吸附。将mofs与活性炭结合，可以利用活性炭的高吸附能力和mofs的选择性吸附特性，实现协同除砷效果。

15、mil-101(fe)中的fe3+离子能够与砷离子形成稳固的配位键，提高了对砷的吸附能力。同时，活性炭的表面含有大量的含氧官能团(如羟基、羧基等)，这些官能团可以与砷离子发生氢键作用或静电吸引，从而增强了吸附效果。在ac@fe-mof复合材料中，活性炭的高比表面积和mil-101(fe)的化学吸附特性形成协同效应，使得砷能够迅速扩散到材料的内部并牢固结合，提高了吸附速率和吸附容量。

16、ac@fe-mof材料在经过多次吸附-解吸循环后，仍然能保持较高的吸附能力，显示出良好的重复使用性。

17、在制备过程中，复合材料通过热熔聚合工艺在高温下形成稳定的结构，这种工艺能够使活性炭和mil-101(fe)之间形成牢固的结合，增强了材料的物理和化学稳定性。mil-101(fe)本身具有较强的耐化学腐蚀性，而活性炭的碳基骨架也具备较高的化学稳定性。复合材料在吸附过程中即使在不同ph值的条件下也能保持结构稳定，不易发生降解或溶解。通过简单的酸洗或碱洗能够有效地将吸附在材料表面的砷离子解吸出来，使材料再生。材料在多次再生后仍能保持高效的吸附功能，说明其机械强度和化学性质稳定。

18、ac@fe-mof材料使用过程中不会引起二次污染，属于环境友好的绿色吸附剂。

19、活性炭和mil-101(fe)均为无毒、无害的材料。活性炭主要由碳元素构成，对环境无负面影响，mil-101(fe)的组份也不会释放有害物质。传统的重金属离子去除方法常需使用大量化学试剂，而ac@fe-mof材料通过物理吸附和化学吸附来去除砷，不需要额外添加化学试剂，避免了二次污染。吸附后的ac@fe-mof材料可通过集中回收处理，已吸附的重金属砷可以通过适当的解吸方法脱除，使吸附剂本身得到再生。同时沉淀的重金属砷可以进一步处理或回收利用，降低了环境污染风险。

20、ac@fe-mof的制备工艺简单、易操作，可在工业上实现大规模生产。

21、本发明制备过程主要包括混合、超声振动和热熔处理等步骤，这些工艺步骤都是常规的物理和化学操作，操作简单，易于控制。整个制备过程在相对温和的条件下进行，所需的温度和压力均在常规设备范围内。此外，所涉及的原材料如dmf、活性炭、对苯二甲酸等均为常见易得的化学试剂。不需要高精度、复杂的设备，常规的化学实验室或工业生产线即可完成制备，有利于大规模推广应用。

22、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。