[发明专利]共价负载化Dawson型磷钨酸盐催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属多金属氧酸盐负载化催化剂技术领域，针对多金属氧酸盐作为催化剂存在易聚集、易溶于水、难分离回收等缺陷，提供共价负载化Dawson型磷钨酸盐催化剂及其制备方法和应用，分别以GO、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯/SiO₂即PGMA/SiO₂杂化材料和三维氧化石墨烯即3D GO作载体，用共价键合法实现Dawson型磷钨酸盐K₁₀[α‑P₂W₁₇O₆₁]·20H₂O的负载化。提高了多金属氧酸盐的比表面积，良好的光催化活性和催化氧化活性，有效催化亚甲基蓝的光降解和四氢噻吩的氧化，避免多金属氧酸盐易聚集、易溶于水的缺陷，能方便进行催化剂的分离、回收，提高复合催化剂在紫外光下的光催化活性以及提升催化氧化效率。

技术领域

本发明属于多金属氧酸盐负载化催化剂的技术领域，具体涉及共价负载化Dawson型磷钨酸盐催化剂及其制备方法和应用，采用共价键合法制备氧化石墨烯、聚合物/硅胶杂化材料和三维氧化石墨烯分别负载化的Dawson型磷钨酸盐催化剂，并将其用于光催化降解废水中的染料及催化氧化四氢噻吩。

背景技术

多金属氧酸盐（POM），是由前过渡金属原子（钒、钼、钨、铌等）为主要代表的通过氧配位桥连接在一起的多氧金属配合簇，具有多样的几何与电子结构，从而具有强酸性和氧化还原性，对电子和质子还具有强的转移和储存能力，被广泛应用于催化、医学、材料化学等领域。除此之外，由于POM具有与TiO₂半导体相似的化学组成和电子属性，即含有d⁰构型的过渡金属原子和氧原子，吸收紫外光后可发生O →M的电荷转移，显示出较好的光化学活性，因此，POM成为近年来活跃在光催化领域的除TiO₂等半导体以外的另一类绿色光催化剂，并被广泛用于有机污染物降解、催化氧化、分解水制氢和氧、CO₂还原为有机物、金属离子还原等方面。然而，多酸存在比表面积小、极易溶于水等极性溶剂、不易分离和回收困难等缺点，限制了其应用。实现POM与其它载体材料的复合是解决上述问题的方法之一。

氧化石墨烯（GO）是由sp²杂化的碳原子构成的二维平面纳米碳材料，其独特的二维结构赋予其优异的物理化学性质，如：超大的比表面积、优异的电子传输性质、高机械强度和良好的化学稳定性等，使其成为潜在的理想载体材料。同时，SiO₂具有较大的比表面积、结构稳定、机械性能强和热稳定性好等优良性能，便于进行有机改性，且价廉易得，制备过程简单，可以提供独特的微环境，也成为制备催化剂理想的载体。目前，制备负载化POM复合材料的方法主要有静电结合、浸渍法、光电化学还原法辅助组装等。在这些方法中，POM与载体间主要通过物理吸附、氢键和静电作用复合在一起，而这些方法缺乏强的化学作用，在载体上固载后仍然不够牢固，易溶解、流失等。近年来，研究者们开始致力于通过化学键固载POM。

发明内容

本发明针对多金属氧酸盐（POM）作为催化剂存在易聚集、易溶于水、难分离回收等缺陷，提供了共价负载化Dawson型磷钨酸盐催化剂及其制备方法和应用，其中共价负载所需载体为GO、聚合物/硅胶即聚甲基丙烯酸缩水甘油酯/SiO₂（PGMA/SiO₂）杂化材料和三维氧化石墨烯（3D GO）；所制备的三种负载化Dawson型磷钨酸盐复合催化剂在光催化降解染料废水和催化四氢噻吩氧化中的应用。