[發明專利]一種芥子氣降解材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201610317929.6
• 申請日: 2016-05-13
• 公開（公告）號: CN107362832A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 張立娟;張明才;周云山;李艷琴;高奇;季桓瑤
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J31/38
• 分類號: B01J31/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于催化材料技術領域，具體涉及一種芥子氣降解材料及其制備方法。

背景技術

近年來，恐怖分子和野心勃勃的國家使用化學戰劑危害人類安全事件時有發生，例如利比亞秘密制造致命化學毒氣芥子氣事件以及敘利亞使用含有沙林毒氣的火箭彈襲擊了姑塔事件等，因此科學界也日益關注著化學毒劑的降解，從而消除化學武器對人類的威脅。硫芥(sulfur mustard， HD)又稱芥子氣, 是當前一種使用最普遍的糜爛性毒劑，因此研究可以快速催化降解HD的催化劑是目前催化研究領域的一項重要課題，不僅可以通過防護材料避免人體與之接觸，并且可以實現降解HD的目的。

TiO₂光催化氧化作為一種環境友好的新技術，越來越受到人們的重視，其優點在于：(1)操作條件溫和，常壓下就可以催化氧化的目的；(2)催化過程中不需要消耗除光以外的材料，從而大大節約了成本；(3)具有廉價，無毒，穩定的優點；(4)利用太陽光中的紫外光進行光催化降解，不會產生二次污染且催化效率高，但是TiO₂的吸收波長僅限于小于387 nm 的紫外光，對HD的降解作用有待進一步提高。

金屬-有機骨架化合物(MOFs)是一類由金屬中心和有機配體通過配位鍵自組裝而成的具有周期性多維網狀結構的多孔晶體材料，具有高的比表面積和獨特的孔結構，可以吸附和降解HD，將其水解成無毒的硫二甘醇，降解效果良好且有很好的重復性。通過對TiO₂進行改性，然后通過層層自組裝將具有光降解HD能力的TiO₂和具有水解降解HD的金屬有機骨架化合物結合起來，制備出一種新型催化劑，發揮二者的協同作用，提升降解性能。該新型催化劑可具有水解和光催化降解雙降解功能，不僅可以發揮多孔的金屬-有機骨架化合物的多孔性、大比表面積的特點，又能充分利用TiO₂廉價，無毒，降解不產生二次無污染的優點，該類材料有望在生化防護方面有很好的應用前景。

發明內容

本發明的目的是為解決以上述問題，提供一種制備方法簡單、成本低、穩定性高、機械性能好、可重復使用的芥子氣降解材料，其特征在于，該降解材料由金屬－有機骨架化合物和表面被有機配體修飾的納米二氧化鈦載體組成。制備方法包括以下步驟：

(1) 將0.1~20g K₂CO₃和1~50g H₂TiO₃的混合物置于烘箱中，40-200℃干燥5-15h，再置于馬弗爐中200-1200℃煅燒7-20h

(2) 將步驟(1)所得的產物移入燒杯中，加入10-500mL去離子水，劇烈攪拌，再加入0.5-10M HCl 溶液，調節pH，用蒸餾水洗滌，過濾干燥；

(3) 將步驟(2)中所得粉末置于馬弗爐中400 ~ 1000℃煅燒1-20h，冷卻至室溫；

(4) 0.5-20 g 有機配體加入5-100mL去離子水和1-50mL乙醇，攪拌5-100min，加入0.01-10g步驟（3）中制備的納米TiO₂，攪拌5-100min，將所得懸濁液置于聚四氟乙烯襯底的高壓釜中，在50-250℃的烘箱中反應2-60h；

(5) 用傾析法將步驟(4)中所得產物與母液分離，再用乙醇洗滌，離心分離，將所得粉末置于烘箱中，20-200℃干燥1-40h，然后將其置于馬弗爐中，50-250℃煅燒0.5-10h，即得表面被有機配體修飾的納米TiO₂；

(6) 將10ml ~ 1000 ml 水、乙醇、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺的混合溶劑或其中的一種配制成所需溶劑；

(7) 將用于合成金屬－有機骨架化合物所需的有機配體和含金屬離子的無機鹽分別溶解于10ml ~ 1000 ml 水、乙醇、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺的混合溶劑或其中的一種溶劑配制成濃度為0.1 mM ~ 100 mM的有機配體溶液和濃度為0.1 mM ~ 100 mM的含金屬離子的無機鹽溶液;

(8) 將0.01-30g表面被有機配體修飾的納米TiO₂分別于含有機配體和含金屬離子的兩種溶液中交替浸漬5-20次。干燥后即得芥子氣降解材料。