[發(fā)明專利]一種以金屬有機(jī)框架為犧牲模板整體式催化劑及其制備與應(yīng)用

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• 申請日: 2019-10-27
• 公開（公告）號: CN110694629A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘金平;葉代啟;曾譯葵;付名利;吳軍良
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: B01J23/75
• 分類號: B01J23/75;B01J23/755;B01J35/10;B01D53/86;B01D53/44;B01D53/72
• 代理公司: 44102 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

一種以金屬有機(jī)框架為犧牲模板整體式催化劑及其制備與應(yīng)用。該方法為將鈷鹽、氟化銨和尿素和溶劑攪拌溶解均勻，轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，并放入潔凈的泡沫鎳，溶劑熱條件下保溫，得到氫氧化鈷負(fù)載在泡沫鎳上面的前驅(qū)體；轉(zhuǎn)移至含有金屬鈷鹽和有機(jī)橋連配體反應(yīng)液中，靜置或溶劑熱下保持一段時(shí)間，得到產(chǎn)物用蒸餾水以及無水乙醇溶劑洗滌數(shù)次，烘干過夜，隨后通過兩段式煅燒得到金屬有機(jī)框?yàn)闋奚０寮苷w式催化劑。該方法所制備的泡沫鎳負(fù)載金屬有機(jī)框架化合物的量大大的提高，覆蓋面更加均勻，所制備的形貌更加均一；具有更強(qiáng)的催化氧化VOCs的能力；抗水性明顯提高；在多次催化氧化循環(huán)后仍能保持良好的催化活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料化學(xué)，大氣污染控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及可揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）催化氧化技術(shù)，特別涉及一種以金屬有機(jī)框架為犧牲模板整體式催化劑及其制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)

揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的排放是目前面臨的重大環(huán)境問題之一，對自然環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重影響。催化氧化是處理VOCs最為廣泛的處理技術(shù)之一，其中催化劑的制備是催化氧化的關(guān)鍵。高效的催化劑要求具備較大的表面積、較高的穩(wěn)定性、較強(qiáng)的抗水性和易再生等特點(diǎn)。目前常用的工業(yè)催化劑存比表面積小、抗水性差、壽命短的缺點(diǎn)，因此急需研發(fā)一種更為高效、能迅速實(shí)現(xiàn)VOCs降解的催化劑。而金屬有機(jī)框?yàn)闋奚０寮苷w式催化劑比傳統(tǒng)粉末式催化劑具有較大的比表面積、整體性強(qiáng)、接觸面積大、較高的吸附容量，為得到具有較高活性的整體式催化降解VOCs催化材料，制備基于金屬有機(jī)框架整體式催化劑，能夠提高催化劑的綜合性能。

金屬有機(jī)框架化合物近年來發(fā)展起來的一種高效的吸附材料，其中有機(jī)骨架因橋聯(lián)配體的不同而表現(xiàn)出不同的孔徑大小，從而使得這類金屬有機(jī)框架化合物對氣體具有更好的選擇性，制備具有不同孔徑大小的多孔金屬有機(jī)框架也有利于提高吸附性能。有機(jī)橋連配體配體因其官能團(tuán)不同，其對氣體的選擇性吸附也不同。更為重要的是，有機(jī)廢氣在金屬有機(jī)框架化合物的吸附熱較低，吸附過程所需溫度較低，并且本身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是有機(jī)廢氣較有潛力的吸附材料之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)如比表面積小，負(fù)載量低，穩(wěn)定性較差，活性相對較低等的不足，提供一種全新的金屬有機(jī)框?yàn)闋奚０寮苷w式催化劑的制備方法，所制備的整體式催化劑對VOCs具有良好的吸附催化降解性能。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用多孔三維網(wǎng)狀泡沫鎳為基底，通過調(diào)控金屬鹽，尿素等比例溶劑熱條件下得到具有不同形貌的氫氧化鈷負(fù)載在泡沫鎳表面上的前驅(qū)體，后通過引入有機(jī)橋連配體面，并在常溫或溶劑熱條件下原位刻蝕，制備一種全新的金屬有機(jī)框架整體式催化劑。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種以金屬有機(jī)框架為犧牲模板整體式催化劑的制備方法，將鈷鹽、氟化銨和尿素和溶劑攪拌溶解均勻，隨后將其轉(zhuǎn)移到反應(yīng)釜中，并放入潔凈的泡沫鎳，溶劑熱條件下保溫，得到氫氧化鈷負(fù)載在泡沫鎳上面的前驅(qū)體；隨后將所制備的氫氧化鈷負(fù)載在泡沫鎳上面的前驅(qū)體，轉(zhuǎn)移至含有金屬鈷鹽和有機(jī)橋連配體反應(yīng)液中，靜置或溶劑熱下保持一段時(shí)間，得到產(chǎn)物用蒸餾水以及無水乙醇溶劑洗滌數(shù)次，烘干過夜，隨后通過兩段式煅燒得到金屬有機(jī)框?yàn)闋奚０寮苷w式催化劑。

上述方法包括如下兩個(gè)步驟：

（1）氫氧化鈷負(fù)載在泡沫鎳上面的前驅(qū)體的制備：

稱取鈷鹽，溶解在反應(yīng)液中，加入尿素和氟化銨，于室溫下攪拌溶解，待其溶液成淡紅色，轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯反應(yīng)釜內(nèi)膽中，隨后將用稀鹽酸清洗干凈的泡沫鎳至于反應(yīng)釜中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，自然冷卻至室溫后，將其用蒸餾水清洗，干燥備用得到前驅(qū)體；

（2）不同金屬有機(jī)框架為犧牲模板整體式催化劑的制備：