[發明專利]負載有四氧化三鐵的MOF材料及其應用

在審

• 申請號: 202011001214.2
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112138721A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 殷旭東;李德豪;王儒珍;毛玉鳳;劉志森;朱越平;劉正輝;謝文玉
• 申請（專利權）人: 廣東石油化工學院
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;C02F1/72;C02F101/30;C02F101/38
• 代理公司: 廣州市諾豐知識產權代理事務所(普通合伙) 44714
• 代理人: 任毅;黃國亮

本發明公開了負載有四氧化三鐵的MOF材料及其應用。通過使用水溶性鐵鹽和亞鐵鹽通過化學沉淀法制備得到Fe₃O₄粉末，然后分散得到Fe₃O₄混懸液產與均苯三甲酸溶液混合升溫至65～75℃，混勻后加入醋酸銅溶液，繼續反應；后處理得到負載有四氧化三鐵的MOF材料。本發明一些實例的負載有四氧化三鐵的MOF材料，具有良好的催化性能，可以很好地催化Fenton氧化反應的進行，提高羥基自由基（HO·）的利用率，更好地降解有機污染物，特別是染料類的有機污染物。本發明一些實例的負載有四氧化三鐵的MOF材料，在較寬的pH范圍下均具有較好的催化能力，使用范圍更廣。

技術領域

本發明涉及一種MOF材料及其應用，特別涉及一種負載有四氧化三鐵的MOF材料及其在廢水脫色中的應用。

背景技術

據不完全數據統計，全世界的染料工業產業每年消耗和生產的染料量約為80000噸，其中用于商業染料工業的染料量約為10000噸。

染料工業廢水通常是指用苯、甲苯、萘等作為原料，經硝化、碘化生產中間體，利用中間體再進行重氮化、耦合、硫化等多個反應階段，在制造染料、顏料生產過程中排出的廢水^[3]。染料工業廢水主要來自于退漿、煮煉、漂白、絲光、染色、印花、整理等紡織產品的精致過程中所產生的廢水。而在每一步工序的處理中，都需要提供大量的水，一般而言，生產1kg產品所消耗的水量在200～500L。據了解，這其中各個工序所產生的廢水中有15％～20％不經處理直接排放。這類廢水一般含有染料、助劑和多重漿料，在調色、印花滾筒、印花篩網的沖洗水中尤為常見。

染料的大量使用使未經處理的染料廢水的排放量明顯增大，對周邊的水質及環境產生極其惡劣的影響，其中染料廢水所導致的色度問題尤為明顯，極少量的染料混入水體就能產生極大的色度，這種直觀的色度問題給周邊的居民帶來極其不良的影響。

除此之外，染料廢水對環境產生的嚴重危害主要有：

(1)染料廢水能夠吸收或反射陽光，使得陽光無法進入水體，從而嚴重阻礙了水體中需要進行光合作用的植物的生長發育；

(2)部分染料廢水中含有的重金屬離子進入水體，破壞水中群落的生態系統，通過食物鏈的傳播危及微生物、魚類、人類的健康，產生嚴重不良影響；

(3)部分染料廢水在流經地表時，通過下滲作用，污染地下水，從而威脅到人類的生命健康；

(4)染料廢水排放到受污染水體中，消耗其溶解氧，在極大程度上削弱了受污染水體的再氧化能力，不利于水體自凈的進行。

當有機小分子作為配體與中心原子通過自由組裝，形成具有周期性網絡結構的化合物，這類化合物就是金屬有機骨架(Metal-Organic framework)，即MOF。MOF材料通常包括一維(1D)鏈狀化合物、二維網狀化合物(2D)和三維(3D)骨架化合物。MOF材料通常可分為IRMOF(網狀金屬-有機骨架材料)、ZIF(類沸石咪唑酯骨架材料)、MIL(來瓦希爾骨架材料)和PCN(孔-通道式骨架材料)四種。

金屬有機骨架(MOF)材料主要由兩種材料構成，分別是較高價態的金屬離子和多齒有機配體。MOF材料的合成方法有以下幾種較為常用：

(1)溶劑熱法：在水或者有機溶劑的存在狀態下，使用帶有聚四氟乙烯的內襯玻璃試管加熱原料混合物；

(2)液相擴散法：運用質子化溶液浸泡密封產生MOF晶體結構；

(3)其他方法：例如攪拌合成法、固相合成法、超聲波法等。

大多數的MOF材料具有比表面積大、孔道穩定可變等優良特性而廣泛應用于醫學、工業、非線性光學活性、磁性和環境處理等熱門問題方面。