[发明专利]一种具有光催化活性的镉有机配合物及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及配位化学和光催化领域，具体涉及一种具有光催化活性的镉有机配合物及其制备方法与应用

背景技术

近年来光催化以其可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能，而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术，其具有二次污染少、反应条件温和、操作简便、能耗低等优点。

光催化降解污染物技术是近些年来兴起的具有发展前景的污染治理技术，被国内外学者广泛关注。光化学是研究光与物质相互作用所引起的永久性化学效应的化学分支学科，物质一般在可见光或紫外线的照射下产生化学反应。分子受到光激活时，原则上可以做到选择性激发，体系中分子能量的分布属于非平衡分布。所以光化学反应的途径与产物往往和基态热化学反应不同，只要光的波长适当，能为物质所吸收，即使在很低的温度下，光化学反应仍然可以进行。

目前，超分子作为一种新型分子功能材料，不仅具有丰富的拓扑结构和多样的堆积方式，而且在有机废水的处理、光催化性能领域具有巨大的应用潜力。研究表明，功能性配合的三维结构不仅可以增加材料的比表面积，同时可以提高物质的传输速率。功能配合物的的金属离子和有机配体直接相互作用可以有效改善分离光生电子-空穴，进而提高光催化反应活性。因此，设计与合成结构新颖且在环境领域内具有潜在应用价值的超分子和无机-有机杂化材料是晶体工程学研究的两个重要的方面。文献Inorg.Chem.,2014,53,4209-4214中，Fu等用合成的一种金属有机物配合物40mg将80mL浓度为4.0×10^-5mol/L亚甲基蓝溶液降解基本完全用了4个小时。专利201510898662.X中，刘南南等人合成的一种有机金属配合物20mg虽然在2个小时内将50mL浓度为4.0×10^-5mol/L亚甲基蓝溶液降解基本完全，但产率只有51％。基于此，我们尝试合成了一种有机金属配合物，其结构式为Cd₂(MIDC)₂(1,3-bpp)，它合成简单，产率高达81％，且50mg即能将100mL浓度为4.0×10^-5mol/L亚甲基蓝溶液在120分钟内降解基本完全。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有光催化活性的镉有机配合物及其制备方法与应用，该镉有机配合物主要用于废水中有机染料的降解。

本发明提供的具有光催化活性的镉有机配合物，其结构式为Cd₂(MIDC)₂(1,3-bpp)，其中，所述的MIDC代表2-甲基-1H-咪唑-4，5-二羧酸根离子，所述的1,3-bpp代表1，3-二(4-吡啶)丙烷；该镉有机配合物中存在一种晶体学上独立的Cd²⁺离子，通过与其配体2-甲基-1H-咪唑-4，5-二羧酸和1，3-二(4-吡啶)丙烷形成具有三维框架结构的镉有机配合物。该镉有机配合物的晶体属于单斜晶系，空间群为C2/c，晶胞参数β＝102.102(9)°，

本发明所述具有光催化活性的镉有机配合物的制备方法，具体制备步骤如下：

将2-甲基-1H-咪唑-4，5-二羧酸、1，3-二(4-吡啶)丙烷配体和镉盐加入到内衬为聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，再加入乙醇和水的混合溶剂，搅拌至充分溶解得到反应液，在温度为80℃～110℃下反应48小时～72小时；反应完毕自然冷却至室温，得到白色块状晶体，抽滤分离、洗涤，在室温下蒸发至干，即可得镉有机配合物Cd₂(MIDC)₂(1,3-bpp)。

所述的镉盐是四水硝酸镉或二水乙酸镉；

所述反应液中镉盐含量为0.02mol～0.03mol/L，镉盐与2-甲基-1H-咪唑-4，5-二羧酸的摩尔比是1：0.5～2；镉盐与1，3-二(4-吡啶)丙烷的摩尔比是1：0.25～1；

所述混合溶剂中水与乙醇的体积比为1：0.5～1.5。

将本发明所述镉有机配合物用作光催化降解废水中亚甲基蓝的催化剂，具体步骤如下：

1)将100mL浓度为4.0×10^-5mol/L的亚甲基蓝溶液置于玻璃烧杯中，称取50mg制备的镉镉有机配合物分散其中。避光磁力搅拌半小时后使亚甲基蓝在催化剂表面达到吸附-脱附平衡，得到混合体系。

2)将上述混合体系用氙灯300W紫外光进行照射，定时取样离心分离得上清液并用紫外光度计对溶液中亚甲基蓝进行测试。用Lambda365紫外可见分光光度计检测，光照连续反应120分钟亚甲基蓝基本降解完全。