[發明專利]具有靶向識別吸附中心和催化活性中心的雙功能催化劑及制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011503404.4
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112495437B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 王艷;萬金泉;馬邕文;黃梅;王思龍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01J31/06
• 分類號: B01J31/06;C02F1/72;C02F101/34
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種具有靶向識別吸附中心和催化活性中心的雙功能催化劑及制備方法與應用。所述制備方法以MOFs衍生物(C?Fe?Nx)為前驅體，采用表面分子印跡法制備具有靶向識別吸附中心和催化活性中心的MIPs@C?Fe?Nx。本發明制備的雙功能催化劑MIPs@C?Fe?Nx實現對目標有機微污染物及其同系降解副產物的同步靶向識別，催化活化過硫酸鹽產生自由基原位降解目標有機微污染物及其同系降解副產物，從而實現有機微污染物的消減、毀毒和降解。具有合成步驟簡單，催化活性高，實現對有機微污染物及其同系降解副產物的靶向降解，消除氧化副產物造成的二次污染。

技術領域

本發明屬于功能材料技術領域，具體涉及具有靶向識別吸附中心和催化活性中心的雙功能催化劑及制備方法與應用。

背景技術

金屬有機骨架材料(Metal Organic Frameworks，MOFs)是由金屬中心離子與有機橋連配體自組裝形成的具體周期性網絡結構的新型多孔材料。但水分子攻擊MOFs中金屬與氧之間的配位鍵導致晶體結構坍塌而限制其在廢水處理中的應用，而通過在惰性氛圍原位熱解含氮MOFs形成的衍生物氮摻雜多孔碳封裝鐵材料(C-Fe-Nx)不僅提高了MOFs的穩定性同時形成鐵氧化物、Fe(CUS)和含氮物種多種活性位點，豐富其活性位點密度，在催化領域具有更廣泛的應用潛力。

基于MOFs衍生物高級氧化體系提供的催化活性位點較多，瞬間可產生大量自由基，在氧化降解有機微污染物過程因自由基傳輸距離長、有機微污染物在水體濃度較低導致大部分自由基在利用前被淬滅造成自由基的浪費及有機微污染物礦化不完全，毒性氧化副產物產率增高等問題。因此獲得對目標有機微污染物及其同系降解副產物的同步靶向識別和催化活性的雙功能催化劑對提高污染物的去除效率，消除氧化副產物造成的二次污染具有重要意義。

鑒于上述論述，本發明公開一種具有靶向識別吸附中心和催化活性的雙功能催化劑的方法，本發明通過將硫酸根自由基的新型高級氧化技術和分子印跡技術相耦合，構建以MOFs衍生物為催化活性中心，雙功能單體印跡聚合物為靶向識別吸附中心的雙功能催化劑，實現對目標有機微污染物及其同系降解副產物的同步靶向識別，催化活化過硫酸鹽產生自由基原位降解目標有機微污染物及其同系降解副產物，從而實現有機微污染物的消減、毀毒和降解。

發明內容

為了克服現有技術中存在的問題和不足，本發明提供一種具有靶向識別吸附中心和催化活性的雙功能催化劑及制備方法與應用，旨在簡便快速合成具有對目標有機微污染物及其同系降解副產物的同步靶向識別，催化活化過硫酸鹽產生自由基原位降解目標有機微污染物及其同系降解副產物，實現有機微污染物的消減、毀毒和降解的雙功能催化劑。

本發明的目的至少是通過以下技術方案之一實現的。

本發明提供了一種具有靶向識別吸附中心和催化活性的雙功能催化劑的制備方法，包括以下步驟：

(1)將雙酚A類有機微污染物溶于乙腈-水混合溶液中，攪拌均勻后加入功能單體2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和甲基丙烯酸，將混合溶液超聲處理，標記為溶液A；

(2)將MOFs衍生物C-Fe-Nx分散在乙腈-水混合溶液且超聲處理，標記為溶液B；在氮氣氛圍下將溶液B緩慢加入到溶液A中，置于2-10℃低溫環境下進行預聚合；

(3)向步驟(2)預聚合后的溶液依次加入2,2-偶氮二(異丁腈)，二乙烯基苯，室溫攪拌使溶液混合均勻，用氮氣吹掃聚合懸浮液，將容器密封后于60-90℃中水浴加熱，然后離心，將所得產物真空干燥；

(4)對步驟(3)干燥好的產物進行索氏提取，以提取模板分子雙酚A類有機微污染物，然后將所得產物進行干燥，得到具有靶向識別吸附中心和催化活性的雙功能催化劑，標記為MIPs@C-Fe-Nx。

優選地，雙功能催化劑是以C-Fe-Nx為前驅體制備的靶向吸附和選擇性降解有機微污染物的MIP@C-Fe-Nx。