專利名稱：一種金屬有機凝膠及其制備和在處理染料廢水中的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于廢水處理技術領域，涉及一種用于吸附染料廢水的金屬有機凝膠；本發(fā)明同時還涉及該金屬有機溶膠的制備及其在處理甲基橙染料廢水中的應用。
背景技術：
隨著工業(yè)化與城市化的快速發(fā)展，伴隨著各種消費產(chǎn)品(紡織品、皮革、紙張、石油、油漆、化妝品、印刷、橡膠、塑料、食品等)、染料產(chǎn)品及藥物產(chǎn)品的大量生產(chǎn)，含有高毒性的有機污染物被排放到水體環(huán)境中，造成嚴重的污染。水體中染料分子的存在，增加了化學需氧量，從而影響了植物的光合作用，阻礙了水生植物的生長，使得有毒物質進入到魚類及其他微生物體內(nèi)。但是由于其強的穩(wěn)定性及芳香環(huán)結構，使得從廢水中移除有毒染料正面臨很大的挑戰(zhàn)。目前，對于染料廢水的處理方法主要有:吸附法、混凝法、催化氧化法、電化學法、生化法、吸附法等。其中吸附法由于其處理后水質好且穩(wěn)定，沒有二次污染，在染料廢水處理中具有重要的地位。理想的吸附劑應具有適用范圍廣、吸附容量大、吸附時間短、再生性能好和價格低廉等特點。金屬有機凝膠是指通過含有金屬的有機小分子的自組裝或者具有配位能力的有機小分子與金屬離子共同組裝形成的網(wǎng)絡結構束縛溶劑而形成的超分子體系。其中，有機小分子的分子量一般不超過1000。鑒于該體系特有的三維網(wǎng)狀結構，可以應用于染料吸附
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有網(wǎng)狀結構的金屬有機凝膠，主要用于處理染料廢水中。本發(fā)明的另一目的是提供一種該金屬有機凝膠的制備方法；
(一)金屬有機凝膠的制備
本發(fā)明的金屬有機凝膠，是由苯并咪唑羧酸衍生物和金屬鉛離子在溶劑中形成配合物而束縛住溶劑小分子形成的三維網(wǎng)狀的纖維態(tài)凝膠。其具體制備方法為:將苯并咪唑羧酸衍生物與硝酸鉛以0.00Γ0.025 g/mL的固液比加熱溶解于甲醇與水的混合溶劑中，待冷卻至室溫后便形成穩(wěn)定的、白色半透明的金屬有機凝膠；晾干后得到金屬有機干凝膠；
所述苯并咪唑羧酸衍生物與硝酸鉛的摩爾比為1:0.5 1:3 ;
所述甲醇與水的混合溶劑中，甲醇與水的體積比為；
所述苯并咪唑羧酸衍生物為1- (2-乙酸基)-3- (3-丙酸基)-2-1^一烷基-3H-苯并咪唑內(nèi)鎗鹽；其制備方法如下:
(1)2-1^一烷基苯并咪唑的制備:鄰苯二胺和月桂酸以1:廣1:1.2的摩爾比混合，于14(T160°C反應0.5tTl.5h，反應產(chǎn)物用乙醇溶液溶解后，用氫氧化鉀的醇溶液調節(jié)ρΗ= Γ Ο，生成沉淀，過濾，用無水乙醇與蒸餾水重結晶，即得白色片狀固體2-十一烷基苯并咪唑(All)；(2)2-1^一烷苯并咪唑-3-丙酸甲酯的制備(Bll):以乙腈為溶劑，以K3PO4為催化劑，2-1^一烷基苯并咪唑與丙烯酸甲酯以1: f 1: 1.2的摩爾比，于8(T85°C下反應6、h，得淡黃色液體；旋出溶劑得黃色油狀液體，冷卻，即為得2-十一烷苯并咪唑-3-丙酸甲酯(Bll);K3PO4的用量為2-1^一烷基苯并咪唑摩爾量的25 50% ；
(3)N-甲氧基羰乙基-N'-乙氧基羰甲基-2-1^ —烷苯并咪唑溴鹽的制備:以乙腈為溶劑，2-十一烷苯并咪唑-3-丙酸甲酯與溴代乙酸乙酯以1:廣1:1.2的摩爾比，于8(T85°C下反應4 16h，旋出溶劑，得白色固體，抽濾，丙酮洗滌，得白色固體N-甲氧基羰乙基-N'-乙氧基羰甲基-2-1烷苯并咪唑溴鹽(Cll);
(4)1-(2-乙酸基)-3-(3-丙酸基)-2-1^一烷基-3H-苯并咪唑內(nèi)鎗鹽的制備:將N-甲氧基羰乙基-N'-乙氧基羰甲基-2-1烷苯并咪唑溴鹽溶于4飛mol/L的鹽酸溶液中，于8(T10(TC攪拌反應8 12 h，冷卻后抽濾，用甲醇-水進行重結晶，即得到目標產(chǎn)物——1-(2-乙酸基)-3-(3-丙酸基)-2-1^一烷基-3H-苯并咪唑內(nèi)鎗鹽(DlI)。其合成路線如下:
權利要求
1.一種金屬有機凝膠，是由苯并咪唑羧酸衍生物和金屬鉛離子在溶劑中形成配合物而束縛住溶劑小分子形成的三維網(wǎng)狀的纖維態(tài)凝膠。
2.如權利要求1所述金屬有機凝膠，其特征在于:所述苯并咪唑羧酸衍生物為1-(2-乙酸基)-3-(3-丙酸基)-2-1^一烷基-3H-苯并咪唑內(nèi)鎗鹽。
3.如權利要求1所述金屬有機凝膠，其特征在于:所述溶劑為甲醇與水以1:0 1:2的體積比混合而成的混合溶劑。
4.如權利要求1所述金屬有機凝膠的制備方法，是將苯并咪唑羧酸衍生物與硝酸鉛以0.001 0.025 g/mL的固液比加熱溶解于甲醇與水的混合溶劑中，待冷卻至室溫后便形成穩(wěn)定的、白色半透明的金屬有機凝膠；晾干后得到金屬有機干凝膠。
5.如權利要求4所述金屬有機凝膠的制備方法，其特征在于:所述苯并咪唑羧酸衍生物為1_(2-乙酸基)-3-(3-丙酸基)-2-十一燒基-3H-苯并咪唑內(nèi)鐵鹽。
6.如權利要求4或5所述金屬有機凝膠的制備方法，其特征在于:所述苯并咪唑羧酸衍生物與硝酸鉛的摩爾比為1:0.5 1:3。
7.如權利要求4或5所述金屬有機凝膠的制備方法，其特征在于:所述甲醇與水的混合溶劑中，甲醇與水的體積比為1:0 1:2。
8.如權利要求4或5所述金屬有機凝膠的制備方法，其特征在于:所述苯并咪唑羧酸衍生物的制備包括以下工藝步驟: (1)2-1烷基苯并咪唑的制備:鄰苯二胺和月桂酸以1:1 1:1.2的摩爾比混合，于140 160°C反應0.5h 1.5h，反應產(chǎn)物用乙醇溶液溶解后，用氫氧化鉀的醇溶液調節(jié)pH=9 10，生成沉淀，過濾，用無 水乙醇與蒸餾水重結晶，即得白色片狀固體2-十一烷基苯并咪唑； (2)2-十一烷苯并咪唑-3-丙酸甲酯的制備:以乙腈為溶劑，以K3PO4為催化劑，2-十一烷基苯并咪唑與丙烯酸甲酯以1:1 1:1.2的摩爾比，于80 85°C下反應6 9h，得淡黃色液體；旋出溶劑得黃色油狀液體，冷卻，即為得2-1烷苯并咪唑-3-丙酸甲酯；1(3 04的用量為2-1^一烷基苯并咪唑摩爾量的25 50% ； (3)N-甲氧基羰乙基-N'-乙氧基羰甲基-2-1烷苯并咪唑溴鹽的制備:以乙腈為溶劑，2-十一烷苯并咪唑-3-丙酸甲酯與溴代乙酸乙酯以1:1 1: 1.2的摩爾比，于80 85°C下反應4 16h，旋出溶劑，得白色固體，抽濾，丙酮洗滌，得白色固體N-甲氧基羰乙基-N'-乙氧基羰甲基-2-1烷苯并咪唑溴鹽； (4)1-(2-乙酸基)-3-(3-丙酸基)-2-1^一烷基-3H-苯并咪唑內(nèi)鎗鹽的制備:將N-甲氧基羰乙基-N'-乙氧基羰甲基-2-1烷苯并咪唑溴鹽溶于4 6 mol/L的鹽酸溶液中，于80 100°C攪拌反應8 12 h，冷卻后抽濾，用甲醇-水進行重結晶，即得到目標產(chǎn)物——1-(2-乙酸基)-3-(3-丙酸基)-2-1^一烷基-3H-苯并咪唑內(nèi)鎗鹽。
9.如權利要求1所述金屬有機凝膠在處理染料廢水中的應用。
10.如權利要求9所述金屬有機凝膠在處理染料廢水中的應用，其特征在于:所述染料廢水為甲基橙染料廢水。
全文摘要
本發(fā)明設計合成了新型的金屬有機凝膠，是由苯并咪唑羧酸衍生物和金屬鉛離子形成配合物而束縛住溶劑小分子形成的凝膠。經(jīng)SEM結果表明，該金屬有機凝膠呈現(xiàn)交織的三維網(wǎng)狀結構。對甲基橙染料分子的吸附實驗表明，該金屬有機凝膠可以在水相中高效選擇性吸附甲基橙分子，因此，是一種處理甲基橙染料分子污染水的新型材料。
文檔編號C02F1/28GK103240060SQ20131018691
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月20日 優(yōu)先權日2013年5月20日
發(fā)明者姚虹, 尤興梅, 李銀召, 程曉斌, 汪瑞悅, 魏太保, 張有明 申請人:西北師范大學