[發明專利]新型MIL-53(Fe)基催化劑去除水中抗生素應用

在審

• 申請號: 202010013798.9
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111151303A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 路瑩;吳瓊;景浩川;王飛飛;金丹楠
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;C02F1/30;C02F101/36;C02F101/38;C02F101/34
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本發明公開設計制備一種MIL?53(Fe)基催化劑并應用于去除水體中的抗生素。該催化劑通過原位熱解法和水熱法合成，實現對抗生素的高效降解，其特征在于：磁性γFe₂O₃超細顆粒均勻地分布在MIL?53(Fe)正八面體孔結構中形成微型異質結，然后具有高導電性的層狀氧化石墨烯(GO)使具有高結晶度的MIL?53(Fe)在其表面上分散，最終合成γFe₂O₃?MIL?53(Fe)?GO復合光催化劑。之后在一定的條件下應用于降解水體中的抗生素，該復合催化劑γFe₂O₃?MIL?53(Fe)?GO在降解抗生素廢水的過程中較其他MIL?53(Fe)為主體的復合催化劑優勢在于：對水體中抗生素降解效率高、光響應范圍大、成本低、降解周期短、材料重復利用性高。因此根據上述方法制得的復合材料可以廣泛應用于去除水體中的抗生素，具有較高的應用價值和工業前景。

技術領域

本發明涉及金屬有機骨架材料領域，特別涉及一種新型MIL-53(Fe)基光催化劑γFe₂O₃-MIL-53(Fe)-GO在光催化降解水中抗生素方面的應用。

背景技術

諾氟沙星是氟喹諾酮類抗生素的一個家族，由于其廣泛的抗菌活性和較低的副作用，已被應用于人類和獸醫領域的多種疾病的治療。然而，由于藥物使用不當以及其生物降解性低，超過75％的抗生素在環境中積累，對包括人類在內的水生和陸生生物的健康構成了重大威脅。據報道，香港污水中的諾氟沙星含量達到每升毫克水平；昆士蘭-澳大利亞廢水處理廠廢水和地表水的值分別為0.25和1.15mg/L。從生態和環境保護的角度來看，迫切需要在排放前去除諾氟沙星。近年來，光催化氧化被認為是一種具有成本效益的“綠色”污染控制技術，因為它能夠將有機污染物降解為可生物降解的化合物或完全礦化為CO₂和H₂O。光催化劑的設計和構建在光催化研究中保持著中心地位。

金屬有機骨架(MOF)是一類由金屬離子(或簇)和有機連接基組裝而成的微孔微晶混雜材料。在過去的十年中，由于較大的比表面積，可調節的表面特性，不飽和金屬位點和固有的多孔結構，MOF成為有前途的光催化劑。特別是，MIL-53(Fe)是一種經過廣泛研究的光催化劑，不僅因為Fe(III)氧化物可以在可見光照射下迅速激發，而且與其他金屬相比，Fe的價格便宜，無毒且環境友好。MIL-53(Fe)在還原Cr(VI)、染料脫色、四環素降解和光電化學水氧化等方面具有良好的光催化反應性。然而，其光催化性能仍然受到光生載流子快速重組的阻礙。為了克服這個缺點，構造基于MIL-53(Fe)的異質結是一種在保持其性質的同時減少電子/空穴對重組的有效方法。然而，傳統的表面負載使諸如γ相三氧化二鐵(γFe₂O₃)之類的半導體僅與MIL-53(Fe)表面上的活性位點接觸，大多數內部活性位點都不會受到影響，因此大多數電荷載流子無法有效分離。可以采用一種稱為原位乙二胺熱解的方法將較小的γFe₂O₃顆粒整合到MIL-53(Fe)晶體中以形成微異質結是一種理想的策略，可最大程度地提高復合材料的量子產率。通過這種方式，乙二胺首先與形成γFe₂O₃的前體絡合，然后利用乙二胺和酸性接頭之間產生的弱分子間作用力使鐵源高度分散在MIL-53(Fe)顆粒內部，最終在γFe₂O₃納米顆粒和MIL-53(Fe)單元之間形成許多微異質結。石墨烯是由sp²雜化軌道中的碳原子組成的二維材料。由于獨特的表面特性，出色的導電性和高表面積，石墨烯(Gr)及其衍生物(例如氧化石墨烯(GO))已被用于構建各種納米復合材料。更重要的是，用強氧化劑處理過的石墨烯含有大量的官能團。官能化氧化石墨烯通過提供致密的成核位點，使其可作為MIL-53(Fe)單元生長的模板，而高的核密度會導致位阻的增加，導致MIL-53(Fe)形態和結構發生變化。因此，設計制備用γFe₂O₃填充MIL-53(Fe)孔結構并將其負載在石墨烯表面上，為目前發展高效綠色光催化劑找到新的突破，在光催化氧化技術領域具有重要的意義。