[發明專利]采用一鍋法制備具有吸附和催化降解活性的介孔復合材料

在審

• 申請號: 201611025321.2
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN107519841A
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 常娜;張浩;師夢閃;李佳;尹晨佳;李騰飛
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/72;B01J31/38;C02F101/30
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技術領域

本發明涉及一種具有吸附和催化降解活性的介孔復合材料，這種復合材料為包覆二氧化鈦(TiO₂)納米晶的介孔MIL-101顆粒，以室溫攪拌法合成MIL-101顆粒同時，采用“一鍋法”對其表面包覆納米二氧化鈦殼層，最終得到新型介孔復合材料，并以此發展一種快速簡易的有機物吸附和降解新方法。

背景技術

MIL-101是一類由金屬離子和有機配體通過自組裝作用形成的具有特殊籠狀結構的剛性骨架介孔吸附材料。MIL-101不僅具有規則的孔道結構，良好的熱穩定性和溶劑穩定性，其最大的特點就是具有介孔籠狀結構，以及超大的比表面積(BET比表面積高達4500m²/g)，因此，MIL-101已被廣泛使用于樣品吸附領域。本發明采用MIL-101這種新型的介孔吸附材料作為吸附劑，來制備具有吸附和催化降解活性的介孔復合材料。

自半導體材料用于催化降解有機物取得突破性進展以來，二氧化鈦因其催化活性高、化學和生物惰性好、對人體無毒、價廉等獨特優點，成為近年來研究最活躍的催化材料。與常規尺寸的二氧化鈦相比，納米二氧化鈦具有更高的催化活性和選擇性，能夠形成強氧化-還原體系，將不易氧化或難以降解的物質氧化分解，該技術已廣泛應用于處理染料、造紙等行業產生的有機廢水。然而，由于粒徑極小，納米二氧化鈦在氧化過程中極易發生流失，因此，尋找能夠固定納米二氧化鈦的載體，將吸附、氧化分解結合起來，才更有利于實際生產中的廣泛應用。

本發明所設計的新型復合材料是采用介孔材料MIL-101作為吸附基體，在介孔MIL-101材料合成的同時，采用“一鍋法”對其表面包覆具有催化降解活性的納米二氧化鈦殼層，最終制成了新型的具有吸附和催化降解活性的介孔復合材料。本發明的目的在于結合上述兩種材料各自的特點和優勢，制備一種新型的多功能型復合材料，并將其應用于污水或廢水中有機物的吸附和降解過程中。

發明內容

為實現本發明所提供的技術方案是：

以室溫攪拌法制備MIL-101介孔吸附材料，并在反應液攪拌一定時間后，將鈦酸丁酯加入到反應液中并不斷攪拌，最終合成納米二氧化鈦和MIL-101的復合材料。將復合材料洗滌，凈化，活化后，即得到了具有吸附和催化降解活性的介孔復合材料。

經過吸附實驗表明，本方法制備的TiO₂-MIL-101復合材料結構規則，孔容量大，對有機物的吸附和催化降解性能良好。

其中，TiO₂-MIL-101復合材料的合成方法為：將硝酸鉻，對苯二甲酸溶解于DMF中，加入氫氟酸溶液，超聲使其分散后，將混合溶液轉移至單口玻璃反應瓶中，進行攪拌反應。反應一段時間后，向反應液中加入鈦酸丁酯，并在磁力攪拌條件下，繼續反應若干小時。反應結束后，離心即可得到綠色固體。

TiO₂-MIL-101復合材料的活化方法：將上述綠色固體用乙醇洗滌數次，并將固體置于烘箱中烘干，隨后在烘箱中高溫活化數小時。

TiO₂-MIL-101復合材料的使用方法：將經過洗滌，烘干，活化后的復合材料加入到含有有機物或有機染料的廢水中，同時對樣品溶液進行機械攪拌，使復合材料能夠與樣品溶液進行充分的接觸，同時用高壓汞燈對樣品溶液進行照射。同時，可以采用氣相色譜法，液相色譜法，光譜分析法等，對樣品溶液中有機物或有機染料的含量進行測定。

本發明采用新型介孔材料MIL-101作為吸附基體，在其表面包覆具有有機物催化降解活性的TiO₂納米晶，制成了新型的具有吸附和催化降解活性的介孔復合材料。本發明所涉及的新型復合材料對污水或廢水中的有機物具有良好的吸附和降解效果，在實際生產或生活中會具有廣泛的應用價值。

具體實施方式

為更好理解本發明，下面結合實施例對本發明做進一步地詳細說明，但是本發明要求保護的范圍并不局限于實施例表示的范圍。

實施例：

以室溫攪拌法制備MIL-101介孔吸附材料，采用“一鍋法”將納米二氧化鈦包覆于MIL-53吸附材料表面，將復合材料凈化，活化后，制備成具有吸附和催化降解活性的介孔復合材料：