[發明專利]一種過渡金屬鋅配合物及Fe3+改性復合材料的光催化性能

在審

• 申請號: 201710931976.4
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN109575296A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 王鳳勤;許珂衡;程洪林;蒲妍燕;宋艾琳;趙永男
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;B01J31/22;C02F1/30;C02F101/30
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本發明涉及一種過渡金屬鋅的有機骨架材料及鐵離子改性后的復合材料進行了光催化降解羅丹明B的性能研究。研究結果表明，單獨MOF1的光催化降解羅丹明的B效果一般，但是經過鐵離子改性后的復合材料Fe³⁺@MOF1的光催化降解性能得到明顯改善，對羅丹明B的降解率在2h內從原來的38％提高到81％。

技術領域

本發明涉及一種過渡金屬鋅配合物及其鐵離子改性復合材料的光催化性能研究

技術背景

過去化工行業粗放式發展帶來的各種環境問題在近十年來密集爆發。以印染業為例，目前我國印染業單位產品污染物排放量是發達國家的1.2～1.8倍。在印染工業中使用的染料大部分是人工合成的化學染料，它們具有種類繁多、化學穩定性強、結構復雜等特點，如果排入到水體中將很難降解，會給水體安全造成巨大的壓力。傳統的廢水處理法如生化法、吸附法、絮狀沉淀法、化學氧化法等存在處理效果差，耗能高，成本高等缺點。而光催化作為一種消除污染的環境友好型技術，可充分利用廉價的太陽光，徹底地將有機污染物分解為無機小分子。這種新型有機廢水處理技術由于具有廣譜、高效、低廉等優點，迅速成為近年來研究的熱點。因此，開發和選擇合適的催化劑成為亟待解決的問題。

催化劑又稱觸媒，是能通過提供一條活化能較低的反應途徑而加快化學反應速率，而本身的質量、組成和化學性質在參加化學反應前后保持不變的物質。有機-金屬骨架材料(MOFs)因其良好的熱化學穩定性和光穩定性可應用于在有機污染物的光催化降解，尤其因為其具有孔道多、孔徑分布范圍大、催化位點眾多的特點，具有作為新一代催化劑的巨大潛能。利用MOFs材料大量暴露在外的金屬催化位點，可以在保持自身良好穩定性的條件下有效降解污染物。然而目前所合成的單一MOFs催化材料的降解效果比較有限，通過摻雜過渡金屬米提高催化性能是一個行之有效的辦法。本發明探究了以2，5-二-(3，5-二羧基苯基)噻吩二甲酰胺與過渡金屬鋅鹽合成的金屬有機骨架MOF1及其Fe³⁺改性后的復合材料在光催化降解羅丹明B中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可降解有機染料的新型技術。通過溶解熱方法，制備金屬有機骨架，并以其作為光催化劑應用于有機染料的光催化降解。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

本發明采用溶劑熱法制備了2，5-二-(3，5-二羧基苯基)噻吩二甲酰胺(L)和過渡金屬鋅鹽形成的金屬有機框架MOF1，分子式為[Zn₂(L)(4，4’-bpy)(CH₃OH)(H₂O)₂]·3.5H₂O·CH₃OH，其具體制備過程為：

將Zn(NO₃)₂·6H₂O、L配體、4，4’-聯吡啶、DMF和水的混合溶液，滴加數滴濃硝酸置于聚四氟乙烯內膽中，在85℃下恒溫反應3天，然后自然冷卻至室溫，過濾，所得產物用DMF洗滌，室溫干燥，得到塊狀晶體。

采用以上方法制備了一種過渡金屬有機框架。

本發明涉及的金屬有機鋅配合物MOF1光催化降解羅丹明B的步驟為：將80mL 1×10^-5mol/L的羅丹明B溶液置于石英燒杯中，加入0.12g MOF1，在黑暗狀態下，攪拌40min達到吸附-脫附平衡，取樣一次。然后在300W氙燈照射下反應，每隔1h取樣一次。將所得樣品進行離心，測定樣品紫外可見吸收光譜。

通過MOF1的光催化實驗研究表明，該配合物對羅丹明B有一定的降解作用，在2h內，降解率為38％。為了提高配合物的光催化性能，我們對配合物進行了鐵離子摻雜得到了Fe³⁺@MOF1復合材料，具體過程如下：