[发明专利]泡沫镍负载型双金属MOF基臭氧催化剂的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明涉及一种泡沫镍负载型双金属MOF基臭氧催化剂的制备方法及其产品和应用。制备方法是以金属有机骨架化合物ZIF‑67为模板，泡沫镍为载体，采用原位水热‑浸渍合成法制备出负载型多孔Mn/Co双金属MOF基臭氧催化剂，通过水热法先将双金属Mn/Co氧化物原位生长在泡沫镍基底上，然后利用浸渍法实现ZIF‑67对负载型双金属氧化物的修饰，从而制备得到泡沫镍负载型双金属MOF基臭氧催化剂。本发明通过有效精准调控催化剂的晶体尺寸、形貌，促进活性位点的均匀分布，大幅提高了本发明产品对臭氧的分解速率和对有机物的矿化率，并可有效解决悬浮态催化剂的分离回收问题，降低水处理运行成本，具有较大的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种泡沫镍负载型双金属MOF基臭氧催化剂的制备方法及其产品和应用，可以有效促进Mn/Co-MOF基复合材料对臭氧的分解速率，强化水中有机污染物的去除，同时还可有效避免催化剂流失、回收困难等问题，用于水污染强化处理领域。

背景技术

非均相催化臭氧化技术就是利用各种非均相催化剂的活性催化分解臭氧产生羟基自由基的高级氧化技术。目前，非均相催化臭氧化催化剂主要有贵金属系列、铜系列和稀土系列三大类。催化臭氧氧化能力主要取决于催化剂及其表面性质，目前以MnO₂为代表的用于催化臭氧分解的常规催化剂的比表面积较小，能用于催化臭氧分解的只是与臭氧接触的一小部分催化剂活性组分，很容易造成催化剂的浪费。此外，臭氧的利用率低造成水处理成本高，也是近年来非均相臭氧催化研究的重点。针对这些问题，其技术关键就是研制高活性、高稳定性的催化剂。

金属有机框架材料MOFs由于具有规则有序孔道结构、高孔隙率和大比表面积以及结构和性质可调等特性，决定了其分散良好的活性位点，不易发生团聚，因此，其作为催化剂或催化剂载体在非均相催化领域具有广阔的应用前景。

然而悬浮态粉体催化剂的分离回收难问题一直是水污染治理工程中的一大技术瓶颈，因此，在开发高效催化材料的同时能实现粉体催化剂的固定化，提高其循环利用率，节约治理成本，这对于工业化实际应用具有重要意义。

发明内容

针对常规臭氧催化剂因比表面积较小，催化臭氧分解速率低，以及粉体催化剂分离回收困难等问题，本发明的目的在于提供一种泡沫镍负载型双金属MOF基臭氧催化剂的制备方法。

本发明的再一目的在于：提供所述制备方法得到的产品。

本发明的又一目的在于：提供所述产品的应用。

本发明目的通过下述方案实现：一种泡沫镍负载型双金属MOF基臭氧催化剂的制备方法，以金属有机骨架化合物ZIF-67为模板，泡沫镍为载体，采用原位水热-浸渍合成法制备出负载型多孔Mn/Co双金属MOF基臭氧催化剂，通过水热法先将双金属Mn/Co氧化物原位生长在泡沫镍基底上，然后利用浸渍法实现ZIF-67对负载型双金属氧化物的修饰，从而制备得到泡沫镍负载型双金属MOF基臭氧催化剂，包括如下步骤：

（1）水热法先将双金属Mn/Co氧化物原位生长在泡沫镍基底

首先，在磁力搅拌下，按将50%的硝酸锰水溶液和六水合硝酸钴置于烧杯中，所述的硝酸锰与硝酸钴的摩尔比为（5.33~10）:1，混合均匀后转移至聚四氟乙烯水热釜中，再将一定质量的已预处理的泡沫镍浸入混合溶液中，使泡沫镍与混合溶液中硝酸锰和硝酸钴氧化物的质量比为（6.8~10）:1，150℃水热反应温度后，自然冷却至室温，取出沉淀并洗涤、干燥；并于350℃下焙烧4h即可得到泡沫镍负载型Mn/Co氧化物复合材料；

（2）利用浸渍法实现ZIF-67对负载型双金属氧化物的修饰

以无水乙醇和水作为混合溶剂，配制2-甲基咪唑溶液，超声处理后，加入三乙胺溶液，搅拌混合均匀后，将（1）中合成的泡沫镍负载型Mn/Co氧化物复合材料浸渍在该均质溶液中，使三乙胺与双金属氧化物的摩尔比为（6~10）:1，在35~45℃低温保温一段时间后离心洗涤，干燥即可得到泡沫镍负载型双金属MOF基臭氧催化剂。