[發(fā)明專利]一種缺陷MOF催化劑及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910161986.3
• 申請(qǐng)日: 2019-03-05
• 公開（公告）號(hào): CN109847803B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙鐘興;王月新;鐘貞;趙禎霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J31/22
• 分類號(hào): B01J31/22;B01J35/10;C02F1/30;C02F1/28;C02F1/72;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 南寧啟創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 45122
• 代理人: 謝美萱

本發(fā)明公開了一種缺陷MOF催化劑及其制備方法與應(yīng)用。其制備方法是先稱取FeCl₃·6H2O于容器中，加入N,N?二甲基甲酰胺進(jìn)行溶解，在攪拌條件下依次加入2?氨基對(duì)苯二甲酸、五元雜環(huán)單羧酸、氫氧化鈉溶液，攪拌混合得到懸浮液；再將懸浮液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中高溫反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，清洗離心再烘干得到缺陷MOF催化劑。本發(fā)明的缺陷MOF催化劑可以應(yīng)用在難降解有機(jī)污染的催化降解領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多孔碳材料領(lǐng)域，尤其涉及一種缺陷MOF催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，能源和環(huán)境問題已成為世界關(guān)注的重點(diǎn)，如何減少污染，保護(hù)生態(tài)平衡，解決環(huán)保問題，已經(jīng)引起了各政府決策部門和學(xué)術(shù)研究部門的高度重視。其中，諸如染料、表面活性劑、有機(jī)鹵化物、農(nóng)藥、氰化物等諸多難降解的有機(jī)污染物給人類居住的環(huán)境帶來了嚴(yán)重的污染，特別是在有機(jī)污染物的降解過程中經(jīng)常會(huì)存在難降解的中間產(chǎn)物，嚴(yán)重影響著有機(jī)污染物的徹底降解和礦化。如何綠色環(huán)保、快速高效除去這些有機(jī)物已成為目前亟待解決的問題。目前處理有機(jī)污染物的方法有物理法、化學(xué)法、生物法及光解等。物理法只能富集水中的污染物，不能對(duì)其進(jìn)行降解；化學(xué)法由于使用化學(xué)試劑，會(huì)造成二次污染；生物法所使用的微生物對(duì)降解條件要求苛刻，且耗時(shí)長(zhǎng)，單純的光解法使用紫外光源，耗能高、成本高，因此，研發(fā)條件溫和、無二次污染、高效、低耗、可徹底降解有機(jī)污染物和其難降解中間產(chǎn)物的催化劑是目前亟待解決的問題。

金屬有機(jī)框架(mental-organic framework,MOF)是由無機(jī)金屬離子或者金屬簇與有機(jī)配體通過配位鍵作用而連接起來的具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物多孔材料。這類材料比表面積大，孔徑大小和形狀可調(diào)，容易進(jìn)行修飾，在催化、分離和純化、氣體吸附、能源等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，而在MOF晶體結(jié)構(gòu)中引入缺陷，可以精細(xì)調(diào)節(jié)MOF的結(jié)構(gòu)，使其吸附性能、催化活性和導(dǎo)電性能得到進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)目前有機(jī)污染物殘留及危害嚴(yán)重的問題，提供一種對(duì)有機(jī)污染物具有化學(xué)吸附/光Fenton催化降解性能的缺陷鐵MOFs(Fe)催化劑(HD-MOFs(Fe))及其制備方法與應(yīng)用。通過選用五元雜環(huán)單羧酸對(duì)MOFs(Fe)進(jìn)行原位修飾，構(gòu)筑新型缺陷鐵MOF材料，該材料可在可見/紫外光下通過化學(xué)吸附和光-Fenton協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物的高效降解及礦化。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明的缺陷鐵MOF催化劑為三維孔隙結(jié)構(gòu)，其Langmuir比表面積在1413～1659m2/g，總孔容約在0.46～0.55cm3/g，其中微孔比表面積和孔容占到總比表面積和孔容的80～96％。

本發(fā)明的缺陷MOF催化劑的制備方法，包括如下步驟：

(1)稱取FeCl₃·6H₂O于容器中，加入N,N-二甲基甲酰胺進(jìn)行溶解，在攪拌條件下依次加入2-氨基對(duì)苯二甲酸、五元雜環(huán)單羧酸、氫氧化鈉溶液，攪拌混合得到懸浮液；

所述步驟(1)中的2-氨基對(duì)苯二甲酸與FeCl₃·6H₂O的摩爾比為0.7～0.96:1；五元雜環(huán)單羧酸與FeCl₃·6H₂O的摩爾比為0.04～0.3:1；氫氧化鈉的濃度為1～3mol/L；

(2)將步驟(1)中懸浮液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中高溫反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，清洗離心再烘干得到缺陷MOF催化劑(簡(jiǎn)稱HD-MOFs(Fe))。

本發(fā)明中的五元雜環(huán)單羧酸為2-呋喃甲酸、噻吩-2-甲酸和/或吡咯-2-甲酸。作為技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)選，五元雜環(huán)單羧酸為吡咯-2-甲酸，吡咯-2-甲酸與FeCl₃·6H₂O的摩爾比為0.28～0.3:1。在該配比下，制備得到的缺陷MOF催化劑Langmuir比表面積最大，且對(duì)農(nóng)藥等污染物的光催化降解及礦化率最高。