[發明專利]一種ZIF-8@TiO2

有效

• 申請號: 202110617594.0
• 申請日: 2021-06-03
• 公開（公告）號: CN113413877B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 張曉濤;張萬奇;王喜明;邵亞麗;劉哲辰;盛顯良;安宇宏;胡子雛;王強
• 申請（專利權）人: 內蒙古農業大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;B01J31/38;B01J35/00;B01J35/10;C02F1/28;C02F1/30;C02F101/30
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 王曉麗

本發明提供了一種ZIF?8@TiO₂?Gd復合材料及其制備方法和應用，利用稀土金屬優異的性質，擴大了TiO₂光響應范圍，使得光催化降解性能得到極大的提升，同時摻雜Gd的TiO₂與ZIF?8復合后提高了材料的比表面積和引入更多的反應位點，從吸附和光催化兩種技術出發，設計出同時具備吸附和光催化功能的新型聯合功能的吸附?光催化降解材料，對設計新型有機染料處理材料提供了新的思路。

技術領域

本發明涉及一種有機染料吸附-光催化材料，尤其涉及一種摻雜稀土金屬Gd的TiO₂與金屬有機框架材料ZIF-8復合而成的用于光催化降解廢水中有機染料的新型吸附-光催化材料。

背景技術

隨著工業的發展，越來越多的廢水排放到水環境中，工業廢水中含有大量的難降解有機污染物，有機染料是影響水質的主要化學污染物之一，由于結構穩定復雜，難以從自然環境中去除，直接排放到環境中，會破壞當地的生態環境，難降解有機污染物的毒性、致癌性、致突變性和致畸性，會對人類健康構成嚴重威脅。當前社會面臨著水資源匱乏的情況，而工廠中每年都排放出大量的染料廢水，就會增加水體中的毒性以及所需的氧氣量，會給水資源造成嚴重污染，其對生態環境和人類生存的危害極大。因此，研究能夠有效的降解有機染料廢水已經成為當務之急。

染料廢水常用的處理方法有物理法、化學法、物理化學法等。典型的方法比如：過濾法、沉淀法、氣浮法、高溫深度氧化法、電化學法等。但是傳統處理方法在處理有機染料廢水的過程中，都不同程度都存在著缺陷，致使傳統的處理方法在實際應用中受到了限制，例如：有些處理方法的處理原理是將某種有害物質轉變為另一種會污染環境的物質，并沒有從根本上解決問題，二次污染問題嚴重。

TiO₂由于具有無毒，化學性質穩定，廉價等優良性質成為光催化領域中的明星分子，其應用頗為廣泛。例如，可以降解污水中的有機污染物、凈化空氣、自清潔及醫藥衛生中起到抗菌的作用等。但TiO₂自身較大的禁帶寬度(銳鈦礦相為3.2 eV，金紅石相為3.0 eV)使得它只能利用波長小于380 nm的紫外光，而紫外光在太陽光中不足5%。而且，當TiO₂被激發時，光激發產生的光生載流子在被利用之前很容易發生復合，即TiO₂的量子效率比較低，這嚴重制約了TiO₂的實際應用。所以，如何制備具有高可見光響應TiO₂光催化劑和提高其量子效率成為當前光催化領域的重要研究課題。

金屬有機骨架材料（MOFs）是一種由無機金屬離子或金屬離子簇與有機化合物中的羧基、氨基等離子組裝而成的新型多孔骨架材料。沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-8）為MOF材料中的子系列，由過度金屬Zn離子與甲基咪唑酯中的N原子相連形成的ZnN₄四面體結構單元構成。其不僅具有MOF材料比表面積大，孔隙率高等特點，其還具有良好的熱穩定性和水穩定性。通過ZIF-8特有的結構和特性，有利于減少催化劑的聚集和比表面積變小等問題，有望與稀土金屬催化劑相結合，提高催化劑的催化性能。

本發明利用溶膠凝膠法在制備二氧化鈦的過程中摻雜了稀土金屬釓(Gd)，以提高TiO₂的光催化性能，同時通過溶劑合成法，將釓(Gd)改性的TiO₂與比表面積較大的金屬有機框架材料ZIF-8復合，將ZIF-8優異的吸附性能與釓(Gd)改性的TiO₂杰出的光催化降解性能完美結合起來，制備了一種新型ZIF-8@TiO₂(Gd)吸附-光催化劑，并將其應用于有機染料中性紅的光催化降解，顯示了極好的催化降解效果，為其在治理工業廢水中有機污染物提供了新的處理思路，具有良好的應用前景。

發明內容

本發明提供了一種ZIF-8@TiO₂-Gd復合材料及其制備方法和應用，所述復合材料制備簡單、降解性能高。

本發明解決技術問題所采用的技術方案是：