[发明专利]一种可磁回收的Fe-MOF光催化剂的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种可磁回收的Fe‑MOF光催化剂的制备方法及其应用，制备方法包括：(1)将2‑MI均匀分散于甲醇中，得2‑MI溶液；将Fe(NO₃)₃均匀分散于甲醇中得Fe³⁺溶液；(2)将所得2‑MI溶液逐滴加入所得Fe³⁺溶液中，搅拌混匀得悬浊液；(3)悬浊液依次经静置、洗涤和真空干燥后得Fe‑MOF光催化剂。本发明光催化剂的制备方法简单，原料价格低廉，光生空穴和电子易于分离，并且该催化剂具有一定的磁性，能通过外加磁场实现分离回收，具有很高的经济效益。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，尤其是可见光响应光催化材料技术领域，具体涉及一种新型Fe-MOF光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

近年来，由于各种工业、农业和采矿过程中产生的污染物质过度排放，全球环境受到有毒重金属的严重污染。铬(Cr)是表面和地下水中常见的污染物，它广泛应用于电镀，皮革鞣制，印刷，颜料，抛光等行业。Cr(VI)污染的水生生态系统和饮用水源会导致严重腹泻和膀胱癌，肝癌，肾癌和皮肤癌，严重威胁到环境和人体健康。即使在相对较低的浓度下，由于Cr(VI)的高毒性、致癌性和通过食物链的生物富集作用，Cr(VI)仍会对人体造成很大危害。

Cr(III)对环境友好，对植物和人类生命有着重要作用，所以将Cr(VI)还原成Cr(III)被认为是去除废水中Cr(VI)的有效策略。而利用光催化剂进行光催化反应，条件温和、无二次污染。光催化方法是基于在催化材料的能量大于催化带隙的光照射下产生的电子-空穴对(e^--h⁺)，迁移到催化剂表面的这些电子能够在溶液中将Cr(VI)还原成为Cr(III)。许多研究人员报道了TiO₂光催化还原Cr(VI)，但TiO₂的应用受其宽禁带宽度(3-3.2eV)的限制，只能吸收紫外光。具有可见光活性的光催化剂如CdS，SnS₂，Ag₂S和WO₃已被广泛报道，但这些光催化剂对还原Cr(VI)的活性不是很高，还原过程通常需要很长时间。另一方面，硫化物材料由于光腐蚀通常不足够作光催化剂，并且由于其高毒性而可能造成二次污染。因此，探索新型可见光活性光催化剂是很有必要的。

金属-有机骨架(MOFs)是由金属-氧簇和有机结构单元组成的一类杂化多孔材料，具有广泛的应用前景，尤其是MOFs在光催化领域的应用前景目前越来越受到关注。与传统的光催化剂相比，MOFs具有理想的拓扑结构和高表面积，并且，MOFs的带隙与HOMO-LUMO间隙密切相关，HOMO-LUMO间隙可通过合成过程中无机单元或有机连接子的合理修饰灵活调整，从而实现对可见光的有效捕集。事实上，一些MOFs如钛、锆和铁基MOF已被证明具有光催化活性，被用于染料降解，裂解水和二氧化碳还原等。其主要的催化机理涉及光致电子从光激发的有机连接体转移到MOFs中的金属-氧化团簇和通过金属-氧化团簇的直接激发。尽管迄今取得了很大的进展，但MOFs的光催化性能还没有得到充分的发挥。尤其是关于应用MOFs对光催化还原Cr(VI)的研究还很少，而且目前制备的很多MOFs光催化剂的回收和分离能力并没有得到重视，成本问题也抑制了MOFs光催化剂的研究。

因此，在已经研究的MOFs基础上，通过对有机配体和金属中心原子的调整，制备高可见光响应的MOF光催化剂，实验对含铬废水的高效降解，具有很高的研究价值。

发明内容

本发明提供了一种可磁回收的Fe基MOF光催化剂的制备方法及应用，光催化剂的制备方法简单，原料价格低廉，光生空穴和电子易于分离，并且该催化剂具有一定的磁性，能通过外加磁场实现分离回收，具有很高的经济效益。

一种可磁回收的Fe-MOF光催化剂，其特征在于，具有以式(Ⅰ)表示的原子比组成：

[Fe(2-mim)_3·nH₂O] (Ⅰ)