[发明专利]一种磷钨酸@MIL(Fe)光催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种磷钨酸@MIL(Fe)光催化剂的制备方法。

背景技术

光催化光催化氧化技术具有选择性好，可在常温常压下反应，条件温和，且可以将有机污染物降解为无毒无害的无机物，是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色技术。近年来，光催化氧化法处理有机废水研究报道日益增多，采用的半导体材料也多种多样，主要有TiO₂、ZnO、Fe₂O₃、CdS、WO₃等。其中WO₃的光催化稳定性良好，但活性相对较小；ZnO的反应活性大，但光稳定性差；而TiO₂虽然光稳定性好，但是TiO₂仅在紫外光下具有强的光催化性，在可见光下效果不佳。于是，寻找高效新型、环境友好光催化剂的工作，成为近年来光催化研究领域的热门话题。

杂多酸具有理想的光催化氧化特征，比如：其多氧簇金属配合物的分子半径近似于1nm，可以看作量子级的半导体物质；某些催化剂激发态的标准氧化还原电势约为2.63V（如PW₁₂O₄₀^3-），可以有效降解有机污染物；毒性极低，不污染环境；活性高，反应条件温和，不腐蚀设备等。由此可见，杂多酸在水处理领域己成为非常富有前途的光催化剂。可溶性杂多酸存在分离回收和循环使用困难、对反应体系pH值要求较高、量子效率较低等问题，所以，将杂多酸固定化成为研究的热点。

目前，MIL（MaterialsoftheInstituteLavoisier）系列材料已成为多相催化领域研究最为广泛的金属-有机骨架材料（metal-organicframeworks，MOFs）之一。该材料是由铬、铁、铝或钒等金属与对苯二甲酸或均苯三甲酸等刚性多齿羧酸配体通过自组装而成的具有多孔结构的晶体材料，在吸附、分离和催化等方面表现出了优异性能。研究发现，一些铁基MIL材料（MIL(Fe)）如MIL-53(Fe)和MIL-88B(Fe)等具有良好的光催化活性（JournalofHazardousMaterials,2011,190(1-3):945-951和AdvancedScience,2015,2(3):1500006）。

本发明通过将磷钨酸封装于MIL(Fe)材料的孔道中，以制备磷钨酸@MIL(Fe)复合材料，在可见光照射下，催化氧化降解有机废水。以分子状态存在于MIL(Fe)材料孔道中的磷钨酸，由于其分子较大难以从MIL(Fe)孔中溶出，所以有利于磷钨酸的回收利用和循环使用；MIL(Fe)材料能高效吸附富集水中有机污染物，有利于磷钨酸与有机污染物的接触；同时，可充分发挥磷钨酸和MIL(Fe)材料之间的协同光催化效应，从而有效促进水中有机物的催化氧化降解效率。所以，本发明为处理有机废水提供广阔的前景。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术的不足，提供一种磷钨酸@MIL(Fe)光催化剂的制备方法。本发明所制备的光催化剂具有催化活性高、操作方便、成本低廉、无选择性、易回收利用等优点。

本发明的技术方案是：将磷钨酸分散于溶剂中，再通过溶剂热法制备MIL(Fe)，在MIL(Fe)的孔道中封装磷钨酸，制备磷钨酸@MIL(Fe)光催化剂。

所述磷钨酸@MIL(Fe)光催化剂的制备方法，包括以下步骤：将一定量有机配体超声分散于15mL水或N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，然后加入一定量磷钨酸和三价铁盐，磁力搅拌15～60min；在聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，100～150℃下反应5～15h；冷却到室温，离心分离，用水、乙醇或DMF洗涤，最后在60℃下真空干燥24h。

所述有机配体为对苯二甲酸或均苯三甲酸，在反应体系中浓度为13.7~33.2g/L。

所述三价铁盐为FeCl₃·6H₂O或Fe(NO₃)₃·9H₂O，在反应体系中浓度为40.3~74.8g/L。

所述磷钨酸在反应体系中浓度为10.8~67.5g/L。

所述磷钨酸@MIL(Fe)光催化剂中MIL(Fe)为MIL-53(Fe)、MIL-88B(Fe)或MIL-100(Fe)等。