[發明專利]一種多元鋯基多孔材料、制備方法、光催化脫鉻中的應用

有效

• 申請號: 201710808485.0
• 申請日: 2017-09-09
• 公開（公告）號: CN107433206B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 王旭生;陳春輝;梁均;黃遠標;曹榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J20/22;B01J20/30;C02F1/70;C02F1/30;C02F1/28;C02F101/22
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本發明屬于環境保護技術領域，具體涉及一種多元鋯基多孔材料的制備及其應用。本發明中的催化劑，同時具有廣域吸光(吸收邊超過800nm)和吸附Cr₂O₇^2?陰離子的作用。兩者協同作用，使得多孔催化劑具有很高的光催化還原Cr₂O₇^2?陰離子活性。該催化劑有很大的比表面積，可以很好地預吸附反應底物，并利于反應底物和產物的傳質作用。該催化劑同時具有很高的化學穩定性和熱穩定性。本發明中的催化劑對100ppm的Cr₂O₇^2?水溶液中的Cr₂O₇^2?陰離子進行光催化還原，30分鐘可以把高毒性的Cr₂O₇^2?陰離子完全轉化為無毒的Cr³⁺陽離子。本發明合成工藝流程簡單，可操作性強，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于環境保護技術領域，具體涉及一種超穩定陽離子型多元鋯基金屬有機骨架材料，及其制備方法和應用。

背景技術

工業中排放的廢水中含有大量的重金屬，對人類和動植物健康有很大的影響。Cr(VI)作為重金屬中的一員，可以在很低劑量下對人類和動植物健康造成很大的危害。對于學術界和工業界，高效脫除Cr(VI)都是急需解決的問題。

金屬有機骨架材料，作為一種新興的具高孔隙率、高比表面積、可調結構和功能的多孔材料，在氣體吸附分離、小分子檢測和催化等方面已經有一些應用。當前多孔材料應用于毒性Cr₂O₇^2-的脫除方法有吸附法和光催化法。而采用合適的手段，將吸附和光催化集合在一種材料中，將大大提高毒性Cr₂O₇^2-的脫除速率。

當前，為解決以上問題，我們在穩定的多孔金屬有機骨架材料UiO-66中引入具有高光吸收性能的卟啉基團和具有高陰離子選擇性吸附的陽離子官能團，使其高效吸附毒性Cr₂O₇^2-，并將其通過光催化高效還原為對人類和動植物健康無毒的Cr³⁺。

發明內容

本發明就是為了克服上述現有技術的缺陷而提供了一種兼備快速吸附性能、高光催化活性、高化學和熱穩定性、可多次循環利用且易回收的多孔催化劑的制備方法及應用。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

多元鋯基多孔材料的制備方法，通過原位溶劑熱方法合成前驅體再通過后修飾的方法對前驅體上咪唑官能團離子化，得到催化劑其中TCPP為四(對-羧酸苯基)卟啉，Im-UiO-66為鋯基金屬有機骨架，為摻雜卟啉鋯基金屬有機骨架異相催化劑，為離子化的摻雜卟啉鋯基金屬有機骨架異相催化劑，具體步驟如下：

(1)前驅體的制備：將四氯化鋯、2-咪唑對苯二羧酸、四(對-羧酸苯基)卟啉、乙酸和DMF混合均勻，并在120℃烘箱中保溫6～24小時，得到的固體經DMF、甲醇和丙酮各洗滌數遍，并在烘箱中70℃干燥過夜。其中，所述的四氯化鋯、2-咪唑對苯二羧酸、四(對-羧酸苯基)卟啉、乙酸和DMF的摩爾比為25：25：0～2：2252:8781；

(2)催化劑的制備：將前驅體碘甲烷和乙腈混合均勻，并在氮氣氣氛下80℃回流24～60小時。離心得到產物，并通過乙醇、丙酮和乙醚洗滌，70℃真空干燥12小時，得棕色粉末催化劑。其中，所述的前驅體碘甲烷和乙腈的重量比為2:15:95。