[发明专利]一种过渡金属锌配合物及Fe3+改性复合材料的光催化性能

说明书

本发明涉及一种过渡金属锌的有机骨架材料及铁离子改性后的复合材料进行了光催化降解罗丹明B的性能研究。研究结果表明，单独MOF1的光催化降解罗丹明的B效果一般，但是经过铁离子改性后的复合材料Fe³⁺@MOF1的光催化降解性能得到明显改善，对罗丹明B的降解率在2h内从原来的38％提高到81％。

技术领域

本发明涉及一种过渡金属锌配合物及其铁离子改性复合材料的光催化性能研究

技术背景

过去化工行业粗放式发展带来的各种环境问题在近十年来密集爆发。以印染业为例，目前我国印染业单位产品污染物排放量是发达国家的1.2～1.8倍。在印染工业中使用的染料大部分是人工合成的化学染料，它们具有种类繁多、化学稳定性强、结构复杂等特点，如果排入到水体中将很难降解，会给水体安全造成巨大的压力。传统的废水处理法如生化法、吸附法、絮状沉淀法、化学氧化法等存在处理效果差，耗能高，成本高等缺点。而光催化作为一种消除污染的环境友好型技术，可充分利用廉价的太阳光，彻底地将有机污染物分解为无机小分子。这种新型有机废水处理技术由于具有广谱、高效、低廉等优点，迅速成为近年来研究的热点。因此，开发和选择合适的催化剂成为亟待解决的问题。

催化剂又称触媒，是能通过提供一条活化能较低的反应途径而加快化学反应速率，而本身的质量、组成和化学性质在参加化学反应前后保持不变的物质。有机-金属骨架材料(MOFs)因其良好的热化学稳定性和光稳定性可应用于在有机污染物的光催化降解，尤其因为其具有孔道多、孔径分布范围大、催化位点众多的特点，具有作为新一代催化剂的巨大潜能。利用MOFs材料大量暴露在外的金属催化位点，可以在保持自身良好稳定性的条件下有效降解污染物。然而目前所合成的单一MOFs催化材料的降解效果比较有限，通过掺杂过渡金属米提高催化性能是一个行之有效的办法。本发明探究了以2，5-二-(3，5-二羧基苯基)噻吩二甲酰胺与过渡金属锌盐合成的金属有机骨架MOF1及其Fe³⁺改性后的复合材料在光催化降解罗丹明B中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可降解有机染料的新型技术。通过溶解热方法，制备金属有机骨架，并以其作为光催化剂应用于有机染料的光催化降解。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明采用溶剂热法制备了2，5-二-(3，5-二羧基苯基)噻吩二甲酰胺(L)和过渡金属锌盐形成的金属有机框架MOF1，分子式为[Zn₂(L)(4，4’-bpy)(CH₃OH)(H₂O)₂]·3.5H₂O·CH₃OH，其具体制备过程为：

将Zn(NO₃)₂·6H₂O、L配体、4，4’-联吡啶、DMF和水的混合溶液，滴加数滴浓硝酸置于聚四氟乙烯内胆中，在85℃下恒温反应3天，然后自然冷却至室温，过滤，所得产物用DMF洗涤，室温干燥，得到块状晶体。

采用以上方法制备了一种过渡金属有机框架。

本发明涉及的金属有机锌配合物MOF1光催化降解罗丹明B的步骤为：将80mL 1×10^-5mol/L的罗丹明B溶液置于石英烧杯中，加入0.12g MOF1，在黑暗状态下，搅拌40min达到吸附-脱附平衡，取样一次。然后在300W氙灯照射下反应，每隔1h取样一次。将所得样品进行离心，测定样品紫外可见吸收光谱。

通过MOF1的光催化实验研究表明，该配合物对罗丹明B有一定的降解作用，在2h内，降解率为38％。为了提高配合物的光催化性能，我们对配合物进行了铁离子掺杂得到了Fe³⁺@MOF1复合材料，具体过程如下：