[發(fā)明專利]一種ZIF-8基多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210132390.2
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114471520B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于馨凝;許德軍;姜欣彤;張軍;倪章松;王茂
• 申請（專利權(quán)）人: 成都流體動力創(chuàng)新中心
• 主分類號: B01J23/06
• 分類號: B01J23/06;B01J23/80;B01J35/10;B01J20/28;B01J20/20;B01J20/06;B01J20/04;C02F1/30;C02F1/28;B01J20/30;C02F101/38
• 代理公司: 重慶恩洲知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 50263
• 代理人: 蘭渝宏

本發(fā)明屬于環(huán)境催化材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種ZIF?8基多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用，所述ZIF?8基多孔碳材料以原位負(fù)載金屬鹽的ZIF?8材料為原料，通過熱解自活化的方法制備得到，其光譜吸收范圍拓展至可見光波段，吸附?光催化降解亞甲基藍的效率達到90％以上，可應(yīng)用于吸附?光催化降解有機污染物領(lǐng)域。本發(fā)明提出的制備方法工藝簡單、環(huán)保性能好，無需額外添加活化劑，利用熱解產(chǎn)物的活化作用和負(fù)載金屬鹽在熱解過程中的催化作用，構(gòu)筑微孔?介孔多級孔隙結(jié)構(gòu)，在吸附?光催化降解有機污染物領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境催化材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種ZIF-8基多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境問題逐漸成為人類不可回避的現(xiàn)實問題，以環(huán)境保護為目的的催化化學(xué)在解決環(huán)境污染問題中起到重要的作用。光催化是最有前景的催化化學(xué)技術(shù)之一，在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。光催化材料作為光催化領(lǐng)域的核心，也引起了人們的廣泛關(guān)注。通常來講，光催化材料需要具有無毒、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點，同時具有較高的光吸收能力和光生載流子分離效率，從而實現(xiàn)較好的光催化效果。

ZIFs即沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料，是由有機咪唑酯交聯(lián)連接到金屬離子中心上形成的四面體框架多孔晶體材料。ZIFs作為一種新型的MOFs(金屬-有機骨架)材料，既具有無機沸石材料的高穩(wěn)定特性，也具有MOFs材料的高孔隙率和結(jié)構(gòu)可調(diào)特性，這些特點有利于其在高效催化和分離過程等領(lǐng)域中的應(yīng)用。在ZIFs系列材料中，ZIF-8由咪唑酯配體與Zn²⁺中心通過配位作用形成，廣泛應(yīng)用于光電、傳感、吸附、氣體儲存與分離等領(lǐng)域。但由于ZIF-8的帶隙能量較寬、光譜吸收范圍窄，只能在紫外光波段激發(fā)，而紫外光能量僅占太陽光的5％，因此在實際應(yīng)用中受到極大的限制。

通過在惰性氣氛下進行高溫碳化，可以得到納米碳包裹ZnO的ZIF-8基多孔碳材料。在《ZIF-8基多孔碳的制備及吸附性能》(王春宇，張晶等.ZIF-8基多孔碳的制備及吸附性能.化工進展，2017，36(1)：299-303)一文中報道了通過高溫碳化使ZIF-8轉(zhuǎn)化為ZnO-C復(fù)合多孔材料，并指出將ZIF-8置于氮氣氛圍中煅燒，當(dāng)煅燒溫度達到800℃以上時會形成多孔碳，且煅燒溫度越高，煅燒樣品的比表面積越高，多孔碳中介孔和大孔所占比例越大，1000℃碳化所形成的多孔碳的亞甲基藍脫除效果優(yōu)于市售的活性炭，主要與高的表面積及多的介孔及大孔相關(guān)。因此采用高溫條件下直接碳化的方法，要想達到較好的光催化降解效果，需要較高的煅燒溫度(至少1000℃)，制備所需能耗較高。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，針對目前直接高溫碳化方式制備得到的ZIF-8基多孔碳材料的不足，本發(fā)明提供了一種新的ZIF-8基多孔碳材料及其制備方法，解決了現(xiàn)有ZIF-8基多孔碳材料存在的高溫碳化反應(yīng)能耗高的問題并將ZIF-8基多孔碳材料的光譜響應(yīng)波段拓展至可見光范圍，同時提供了該材料在吸附-光催化降解有機污染物領(lǐng)域中的應(yīng)用，提供了一種效果優(yōu)異的光催化材料。

為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案首先提供了一種ZIF-8基多孔碳材料，它是以原位負(fù)載金屬鹽的ZIF-8材料為原料，通過熱解自活化的方法制備得到，所述ZIF-8基多孔碳材料具有微孔-介孔多級孔隙結(jié)構(gòu)；其中，所述原位負(fù)載金屬鹽的ZIF-8材料通過將金屬鹽溶解在含有鋅前驅(qū)體和有機配體的甲醇溶液中，采用溶劑熱合成的方法制備得到。

通過上述制備方法得到的ZIF-8基多孔碳材料的微孔-介孔多級孔隙結(jié)構(gòu)的所述微孔與所述介孔的比例為70％～80％:30％～20％，比表面積≥600m²/g，光譜響應(yīng)波段可拓展至400～700nm的可見光范圍，從而拓展了ZIF-8基多孔碳材料作為光催化材料的吸收光譜范圍，提升了多孔碳材料的吸附-光催化反應(yīng)性能。

然后，本發(fā)明還提供了一種ZIF-8基多孔碳材料的制備方法的技術(shù)方案，它具體包括下述步驟：

(1)制備負(fù)載金屬鹽的ZIF-8材料：