[發(fā)明專利]一種基于金屬有機骨架材料的微米馬達催化劑制備方法

有效

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• 申請日: 2016-04-05
• 公開（公告）號: CN105833912B
• 公開（公告）日: 2018-02-09
• 發(fā)明（設計）人: 王瑞芹;國偉林;張夢杰;李祥惠;岳馨馨
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;C02F1/72
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業(yè))37240
• 代理人: 李茜

技術領域

本發(fā)明屬于微納器件技術領域，具體涉及一種基于金屬有機骨架材料的微米馬達催化劑制備方法。

背景技術

生物難降解有機廢水的環(huán)境影響已經(jīng)引起人們的高度關注，這些廢水很難通過傳統(tǒng)的生物法和物理化學法處理。高級氧化技術是一種高效的生物難降解有機廢水處理技術，其中Fenton試劑法應用最為廣泛。該方法通過Fe²⁺和過氧化氫反應形成高活性羥基自由基，以氧化降解水中有機物，但存在過氧化氫利用率不高，pH應用范圍窄（2～4），鐵離子后續(xù)處理困難等缺點。為克服均相Fenton反應的缺點，人們對異相類Fenton技術進行了大量研究，大量采用零價鐵、鐵礦石等作為催化劑。

隨著納米技術的快速發(fā)展，納米材料和納米技術大量應用于環(huán)境保護乃至于廢水處理中。目前，自驅動微納馬達的研究屬于微納米科學技術研究的前沿。這些自驅動材料在藥物輸送、檢測、環(huán)境治理等領域具有廣闊的潛在應用前景。大多自驅動系統(tǒng)是通過將化學能轉化為機械能實現(xiàn)的，也可以通過電磁場、電場、溫度梯度、光照以及超聲波等方法實現(xiàn)微納馬達的自驅動。

聚苯胺、聚苯乙烯、聚噻吩和聚丙烯酰胺等高聚物已被應用于制備微納馬達，具有成本低、易于成型、易于功能化等優(yōu)點。金屬-有機骨架材料（metal-organic frameworks, MOFs）是由金屬離子和有機配體通過自組裝而成的具有多孔結構的晶體材料，在氣體吸附和分離、催化、磁學、生物醫(yī)學等領域表現(xiàn)出了誘人的應用前景。其中類沸石咪唑酯骨架材料（zeoliticimidazolate frameworks，ZIFs）結合了沸石和MOFs材料的優(yōu)點，具有超大吸附容量、高效催化性能以及良好的熱穩(wěn)定性。

本發(fā)明采用聚合物（polymer）微球作為載體，首先在其表面負載類沸石咪唑酯骨架材料（ZIF(Zn, Fe)），然后在其表面一側鍍銀，最后得到自驅動Ag-polymer@ZIF(Zn, Fe) 微米馬達。在無需外界提供能源的情況下，微米馬達表面的Ag催化分解水中過氧化氫為氧氣，產(chǎn)生的氧氣氣泡產(chǎn)生反作用力，推動其在溶液中運動；同時，ZIF(Zn, Fe)中的Fe與水溶液中的過氧化氫組成類Fenton體系，通過形成羥基自由基氧化降解水中有機污染物；此外，具有優(yōu)異吸附性能的ZIF(Zn, Fe)能夠從水中吸附富集有機污染物，在其孔道中易于同新生成的羥基自由基相接觸，提供一個良好的微反應場所，有利于有機污染物的去除。所以，本發(fā)明為處理有機廢水提供廣闊的應用前景。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于金屬有機骨架材料的微米馬達催化劑制備方法。本發(fā)明所制備催化劑具有有機物去除率高、操作方便、無選擇性、易回收利用、能耗低和成本低等優(yōu)點。

本發(fā)明的技術方案是：將一定量高聚物微球分散于溶劑中，在其表面包覆類沸石咪唑酯骨架材料（ZIF(Zn, Fe)），然后在其表面一側鍍銀，最后得到自驅動Ag-polymer@ZIF(Zn, Fe) 微米馬達。

所述一種基于金屬有機骨架材料的微米馬達催化劑制備方法，包括以下步驟：

（1）polymer@ZIF(Zn, Fe)微球的制備：將0.03 g聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇或聚酰亞胺等高聚物微球中的一種分散于4 mL甲醇中，加入0.2504～1.002 g Zn(NO₃)₂·6H₂O和0.0936～0.2340 g FeSO₄·7H₂O，混合均勻，然后將4 mL含有1.69～4.05 mmol二甲基咪唑的甲醇溶液加入到上述混合液中，在70 ℃下反應10 min，離心分離，甲醇洗滌，60 ℃下真空干燥；

（2）自驅動Ag-polymer@ZIF(Zn, Fe)微米馬達制備：先將polymer@ZIF(Zn, Fe)微球轉移到熱釋放膠帶上，然后將6%的氨水滴加到20 mL摩爾濃度為100 mmol/L的AgNO₃溶液中，直至生成沉淀恰好消失，即制得銀氨溶液，將粘附polymer@ZIF(Zn, Fe)微球的熱釋放膠帶浸入銀氨溶液中，然后向銀氨溶液中逐滴加入0.4 mL質量百分比濃度為2.0%的甲醛溶液，靜置2 h后，熱釋放膠帶用去離子水洗滌，然后將膠帶放入沸水中使其粘附的微球脫落，收集脫落微球并用去離子水洗滌，60 ℃下真空干燥，即得半球面鍍銀的自驅動Ag-polymer@ZIF(Zn, Fe)微米馬達。