本技术涉及一种制备高分散性铈基配位聚合物的方法及其在环境复合功能材料技术领域的应用。该方法采用植物酚醛溶液作为分散介质,以铈离子作为无机金属中心,结合有机配体2-(2-吡啶基)苯甲酸,通过溶剂热法合成。所得聚合物具有优异的分散性和稳定性,能有效去除水中的重金属离子,展现出良好的环境净化潜力。
背景技术
水是人类生存、繁衍和发展所必须的重要资源。饮用水中所含有的氟元素是维持生命所必须的物质,但过量的氟摄入会引起氟中毒氟骨症、甲状腺病变甚至死亡。因此,世界卫生组织(WHO)将饮用水中氟化物的最大污染物水平(MCL)定为1.5mg/L。如何处理含氟废水的问题亟待解决。传统的沉淀或混凝方法很难以经济成本将氟化物水平降至WHO所规定限值。吸附法由于其材料成本低、操作条件可控和去除率高,被认为是处理含氟污水最有效的技术之一。研究发现,铈金属离子与有机配体可通过配位自组装形成一类结构规整的配位聚合物,如金属有机骨架等。与传统除氟材料如活性氧化铝、活性炭、稀土金属氧化物相比,铈基配位聚合物表面官能团丰富、孔道结构有序及比表面积高,近年来逐渐发展成一种新兴的水处理剂。其一,铈离子作为一种路易斯硬酸,具有较大的离子半径和大量的核外电子轨道,对路易斯硬碱-氟离子具有独特的亲和性,可以通过配体交换作用有效地去除水中的氟化物。其二,地表水/地下水pH主要呈中碱性(pH为6~9),而常用吸附剂往往在酸性条件下对氟的吸附容量较高,在中碱性条件下脱氟效果显著变差。而铈离子与有机配体形成的配位聚合物在中碱性含氟废水中表现出与酸性条件下相当的吸附容量。例如,Tang等人的研究(Xiaofeng Tang,Wu Xia,Xiaolin Qu,et al.Chemosphere,2023,312:137335)表明由对苯二甲酸(BDC)和Ce离子形成的Ce-BDC展现出优于其它铈基配位聚合物的pH除氟稳定性,在pH为3~9的范围内除氟吸附容量的波动范围在15%左右,而其他的铈基配位聚合物波动范围超过60%。又如,Jeyaseelan等人(Antonysamy Jeyaseelan,Mu.Naushad,Tansir Ahamad,et al.Environ.Sci.:Water Res.Technol.,2021,7(2):384-395)发现2-氨基对苯二甲酸(NTA)和Ce离子形成的Ce-ABDC在处理真实氟化物废水时吸附容量比同样条件下合成的Ce-BDC提高了约5%,且具有同样的pH除氟稳定性。
然而,铈基配位聚合物往往为微米甚至纳米级大小,在水环境体系中由于聚合倾向高而易团聚;此外,铈基配位聚合物结构通常由于π-π堆积相互作用,导致活性位点被深度包埋使得氟离子扩散难以触及,束缚了其与氟离子的接触,大大限制了铈基金属有机骨架的除氟活性。基于此,开发一种水相中分散性良好的铈基金属有机骨架,即可显著提高实际除氟性能。
实现思路