本发明属于污水处理,具体涉及一种以化工污泥为原料的fe基金属有机框架材料的制备及其应用。
背景技术:
1、在全球化工产业蓬勃发展的同时,伴随而来的废水处理成为亟待解决的环境挑战。传统活性污泥处理废水技术得到广泛应用,但是随之必然会产生剩余污泥问题,生化处理过程所使用的fe系絮凝剂也会进一步转移至剩余污泥,增加其处理难度。这一问题不仅威胁着生态系统的健康,同时也对人类健康构成潜在风险。在废水处理领域的另一个紧迫问题是抗生素废水的快速增加。抗生素废水中抗生素残留问题引起了人们的广泛关注,因为这可能导致抗生素耐药性的不断升级,使得临床治疗面临巨大挑战。
2、目前,污水处理过程中产生的剩余污泥主要采用填埋、焚烧等方法进行处理,这些方法不仅占用大量耕地资源,填埋过程中存在重金属浸出的风险,而焚烧过程中会产生二噁英,造成一定的环境污染。此外,传统的处理方式将污泥中的铁作为污染物进行处理处置,远远没有实现资源利用。
3、研究发现,芬顿反应能够有效地处理抗生素废水,但均相fe系催化剂在处理过程中会产生大量的铁泥,造成二次环境的污染。非均相的催化剂被认为是一种直接而有效的策略。金属有机框架材料(metal-organic frameworks,mofs)作为一类由金属离子和有机配体组成,具有高度可调性的晶态材料,其表面积大、孔隙结构多样的特性使其成为理想的废水处理材料,已有报道将fe基mofs用于过氧化氢的活性用于污染物的去除。但是现有的mofs的合成产率较低,成本较高,若利用化工污泥废弃物中的金属元素则可以降低mofs的合成成本。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种以化工污泥为原料制备fe基金属有机框架材料的方法,通过提取化工污泥中fe金属,用于合成金属有机框架材料(mof),实现了资源的再生利用。
2、为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
3、一种fe基金属有机框架材料,采用以下步骤制备得到:
4、步骤1,将预干燥并破碎的农药废水处理后得到剩余污泥与盐酸溶液混合,污泥浸润后进行振荡,将浑浊液离心,得到铁酸性溶出液;
5、步骤2,将步骤1的铁酸性溶出液与有机配体(1,3,5-苯三甲酸或富马酸)置于聚四氟乙烯内衬中,进行水热反应,得到fe基金属有机框架材料(mil-88a或mil-100);
6、所述农药污泥是农药废水经铁系絮凝剂絮凝沉降后得到的污泥。
7、进一步地,所述盐酸溶液的浓度为0.5~3mol/l,所述农药剩余污泥和盐酸溶液的质量体积为1g:5~20ml。
8、进一步地,步骤1中采用超声使污泥浸润。
9、进一步地,步骤1中振荡条件为150~250rpm/min振荡24h。
10、进一步地,步骤2中铁酸性溶出液与1,3,5-苯三甲酸或富马酸的用量比例为每40ml铁酸性溶出液与6~18mmol 1,3,5-苯三甲酸或富马酸。
11、进一步地,步骤2中水热反应的条件为150~190℃、6~18h。
12、在本发明的实施例中,步骤2得到的fe基金属有机框架材料为粗产物,经dmf和去离子水多次洗涤去除未反应的原料后真空干燥可得到纯化的产物。
13、上述fe基金属有机框架材料在电催化降解磺胺抗生素中的应用。
14、进一步地,所述磺胺抗生素为磺胺甲恶唑(smx)。
15、进一步地,所述应用的具体过程为:电催化降解磺胺甲恶唑(smx)在石英电解槽中进行,分别选择铂片(pt)电极(1*2cm)和泡沫镍(2*6cm)作为阳极和阴极;电催化过程中,石英电解槽置于恒温磁力搅拌水浴锅中,确保整个过程在室温(25±0.5℃)条件下进行,同时恒温磁力搅拌水浴锅施以一定的搅拌确保反应液混合均匀并加快体系传质速度;所述的两个电极之间的距离约为2.5cm;所述的石英电解槽中有90ml电解液,包含0.5mol/l naso4和20mg/l smx,其中,naso4起到提高溶液导电性的作用;所述的电解液的ph为1~3;将所制备的mil-88a或mil-100分别添加至电催化体系中,以恒流模式催化smx的降解。优选地,所述的mil-88a和mil-100的添加量为15~90mg,所述电催化体系的恒定电流由恒流电源提供,为20~50ma。
16、本发明通过提取化工污泥中fe金属,用于合成金属有机框架材料(mof),实现了资源的再生利用。该方法能高效的利用化工污泥中fe元素,并与相应的有机配体配位合成fe基金属有机框架材料,并与高级氧化过程相结合用于磺胺类抗生素的降解,推动化工污泥和抗生素的环境治理进程。
17、本发明能够资源化利用污泥中的fe,所制备的mil-100和mil-88a具有较高的纯度。同时,所制备的mofs具有较好的电催化活性,能够高效的降解磺胺甲恶唑。不仅有利于化工污泥的处理处置,降低其环境风险,而且可以促进抗生素废水的高效处理,推动抗生素的环境治理进程。
1.一种fe基金属有机框架材料,其特征在于,采用以下步骤制备得到:
2. 根据权利要求1所述的fe基金属有机框架材料,其特征在于,所述盐酸溶液的浓度为0.5~3 mol/l,所述农药剩余污泥和盐酸溶液的质量体积比为1g:5~20 ml。
3.根据权利要求1所述的fe基金属有机框架材料,其特征在于,步骤1中采用超声使污泥浸润。
4. 根据权利要求1所述的fe基金属有机框架材料,其特征在于,步骤1中振荡条件为150~250 rpm/min振荡24 h。
5. 根据权利要求1所述的fe基金属有机框架材料,其特征在于,步骤2中铁酸性溶出液与有机配体的用量比例为每40 ml铁酸性溶出液与6~18 mmol 有机配体反应。
6. 根据权利要求1所述的fe基金属有机框架材料,其特征在于,步骤2中水热反应的条件为150~190 ℃、6~18 h。
7.权利要求1至6任一项所述的fe基金属有机框架材料在电催化降解磺胺抗生素中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,所述磺胺抗生素为磺胺甲恶唑。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述应用的具体过程为:将含有磺胺甲恶唑的电解液置于石英电解槽中,以铂片电极和泡沫镍分别作为阳极和阴极,以恒流模式催化磺胺甲恶唑的降解;
