[發(fā)明專利]一種單分散Fe-O簇?fù)诫s的Ni基金屬有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011398894.6
• 申請日: 2020-12-01
• 公開（公告）號: CN112657555B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王登科;索夢娟;曾慧;王旭陽;鄒建平
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: B01J31/22
• 分類號: B01J31/22;B01J35/00;B01J37/30;C02F1/30;C02F1/72;C02F101/34;C02F101/38
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 劉凌峰

本發(fā)明公開了一種單分散Fe?O簇?fù)诫s的Ni基金屬有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。Fe/Ni?MOFs以Ni基金屬有機(jī)骨架為載體，并通過合成后離子交換的方法將Fe³⁺置換Ni基金屬有機(jī)骨架中的部分Ni²⁺而制得。該方法利用Fe³⁺離子與Ni²⁺具有相近的離子半徑優(yōu)勢，對Ni基金屬有機(jī)骨架材料進(jìn)行Fe修飾，實現(xiàn)了單分散Fe?O簇?fù)诫s的Ni基復(fù)合光催化材料，有效提高了其光催化活化過硫酸鹽降解抗生素廢水的效率。本發(fā)明光催化劑穩(wěn)定性好，使用壽命長，且合成方法簡單便捷，解決了現(xiàn)有技術(shù)中光催化劑制備工藝繁瑣、穩(wěn)定性差等問題，同時該光催化劑能夠高效地去除廢水中的抗生素污染物，對處理工藝和處理設(shè)備要求低，無二次污染，具有很好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備及光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種單分散Fe-O簇?fù)诫s的Ni基金屬有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

抗生素與人類生活密切相關(guān)。四環(huán)素類抗生素更是由于其優(yōu)異的水溶性被廣泛用于畜牧業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和臨床治療等領(lǐng)域。然而，已使用的四環(huán)素類抗生素并不能被動物和人體所完全代謝，而是有相當(dāng)部分以原形的形式隨糞便或尿液排出。四環(huán)素類抗生素作為環(huán)境外源性化學(xué)物質(zhì)難以被微生物所降解，從而容易在水體環(huán)境中存儲和蓄積。同時，抗生素具有抗菌性，導(dǎo)致環(huán)境中的病原細(xì)菌容易產(chǎn)生抗藥性。這些大量富集的四環(huán)素類抗生素將對環(huán)境生物及生態(tài)產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響，并最終可能對人類的健康和生存造成威脅。因此，采用有效的方法去除水體環(huán)境中的四環(huán)素類抗生素是環(huán)境治理的當(dāng)務(wù)之急。目前，已有吸附、高級氧化、膜過濾等多種技術(shù)應(yīng)用于四環(huán)素類抗生素的處理。其中，以過硫酸鹽為氧化劑的高級氧化技術(shù)適用性廣、操作簡便，且過硫酸鹽廉價易得，廣受環(huán)境工作者的青睞。然而，該高級氧化技術(shù)處理四環(huán)素類抗生素的總體效果不佳，主要表現(xiàn)為降解效率低、催化劑持久性差等。此外，大多數(shù)已開發(fā)的過硫酸鹽高級氧化體系僅以均相的過渡金屬離子(Fe²⁺、Ag⁺、Cu²⁺等)為催化劑催化效果較佳，但是這些過渡金屬離子催化劑存在回收困難以及產(chǎn)生次代污染等問題。鑒于此，開發(fā)高效、穩(wěn)定且適用范圍廣的異相高級氧化體系具有重要意義。而實現(xiàn)這一目的的關(guān)鍵在于構(gòu)建合適的異相催化劑。

金屬-有機(jī)骨架材料(英文簡稱MOFs)具有比表面積大、結(jié)構(gòu)易調(diào)控以及化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，作為催化劑和載體逐漸被用于多相催化體系。特別是近年來興起的二維MOFs材料更是以其超薄的形貌和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征吸引了大批研究人員的目光。二維MOFs材料不僅保留了傳統(tǒng)MOFs的優(yōu)點(diǎn)，而且還能暴露更加豐富的配位不飽和金屬位點(diǎn)，增加電荷分離效率和電荷遷移率。同時，二維MOFs具有優(yōu)異的透光性，有利于實現(xiàn)高效光催化性能。這些特點(diǎn)使二維MOFs材料被認(rèn)為是一種具有潛在應(yīng)用價值的催化劑和重要的載體材料。遺憾的是目前沒有二維MOFs材料用于過硫酸鹽高級氧化體系的報導(dǎo)。此外，如能將活性組分摻雜到二維MOFs材料中，充分利用活性組分的催化性能和二維MOFs材料自身的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，所構(gòu)建的摻雜型二維MOFs材料將有望實現(xiàn)四環(huán)素類抗生素的高效降解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種單分散Fe-O簇?fù)诫s的Ni基金屬有機(jī)骨架復(fù)合光催化劑及其制備方法和可見光激發(fā)下活化過硫酸鹽處理抗生素廢水的應(yīng)用。本發(fā)明通過合成后離子交換的方法將Fe 置換部分的Ni形成具有單分散特性的Fe-O簇，從而極大地提高了其可見光下活化過硫酸鹽的性能，進(jìn)而促進(jìn)了抗生素的降解。本發(fā)明中催化劑的制備方法簡便易行，催化劑穩(wěn)定性好，所構(gòu)建的抗生素降解體系效率高，具有較大的應(yīng)用前景。