[發明專利]一種缺陷MOF催化劑及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201910161986.3
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN109847803B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 趙鐘興;王月新;鐘貞;趙禎霞
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J35/10;C02F1/30;C02F1/28;C02F1/72;C02F101/36;C02F101/38
• 代理公司: 南寧啟創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 45122
• 代理人: 謝美萱

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

技術領域

本發明屬于多孔碳材料領域，尤其涉及一種缺陷MOF催化劑及其制備方法與應用。

背景技術

目前，能源和環境問題已成為世界關注的重點，如何減少污染，保護生態平衡，解決環保問題，已經引起了各政府決策部門和學術研究部門的高度重視。其中，諸如染料、表面活性劑、有機鹵化物、農藥、氰化物等諸多難降解的有機污染物給人類居住的環境帶來了嚴重的污染，特別是在有機污染物的降解過程中經常會存在難降解的中間產物，嚴重影響著有機污染物的徹底降解和礦化。如何綠色環保、快速高效除去這些有機物已成為目前亟待解決的問題。目前處理有機污染物的方法有物理法、化學法、生物法及光解等。物理法只能富集水中的污染物，不能對其進行降解；化學法由于使用化學試劑，會造成二次污染；生物法所使用的微生物對降解條件要求苛刻，且耗時長，單純的光解法使用紫外光源，耗能高、成本高，因此，研發條件溫和、無二次污染、高效、低耗、可徹底降解有機污染物和其難降解中間產物的催化劑是目前亟待解決的問題。

金屬有機框架(mental-organic framework,MOF)是由無機金屬離子或者金屬簇與有機配體通過配位鍵作用而連接起來的具有網絡結構的聚合物多孔材料。這類材料比表面積大，孔徑大小和形狀可調，容易進行修飾，在催化、分離和純化、氣體吸附、能源等領域具有廣闊的應用前景，而在MOF晶體結構中引入缺陷，可以精細調節MOF的結構，使其吸附性能、催化活性和導電性能得到進一步提升。

發明內容

本發明針對目前有機污染物殘留及危害嚴重的問題，提供一種對有機污染物具有化學吸附/光Fenton催化降解性能的缺陷鐵MOFs(Fe)催化劑(HD-MOFs(Fe))及其制備方法與應用。通過選用五元雜環單羧酸對MOFs(Fe)進行原位修飾，構筑新型缺陷鐵MOF材料，該材料可在可見/紫外光下通過化學吸附和光-Fenton協同作用實現對有機污染物的高效降解及礦化。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

本發明的缺陷鐵MOF催化劑為三維孔隙結構，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-二甲基甲酰胺進行溶解，在攪拌條件下依次加入2-氨基對苯二甲酸、五元雜環單羧酸、氫氧化鈉溶液，攪拌混合得到懸浮液；

所述步驟(1)中的2-氨基對苯二甲酸與FeCl₃·6H₂O的摩爾比為0.7～0.96:1；五元雜環單羧酸與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)中懸浮液轉移至高壓反應釜中高溫反應，反應結束后，清洗離心再烘干得到缺陷MOF催化劑(簡稱HD-MOFs(Fe))。

本發明中的五元雜環單羧酸為2-呋喃甲酸、噻吩-2-甲酸和/或吡咯-2-甲酸。作為技術方案的進一步優選，五元雜環單羧酸為吡咯-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，且對農藥等污染物的光催化降解及礦化率最高。