[发明专利]一种卟啉基金属有机骨架材料敏化氧化物型催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种卟啉基金属有机骨架材料敏化氧化物型催化剂的制备方法，用于可见光催化降解处理水中有机污染物。通过以卟啉基金属有机骨架材料为敏化剂、银铈双掺杂氧化锌、引入敏化助剂的的途径，构建了光生电荷的传输通道，增强可见光条件光催化降解性能。通过考察复合催化剂在可见光条件下对水中典型有机污染物—亚甲基蓝的降解性能，证明该催化剂具有较好的可见光下降解水中有机物的能力。

技术领域

本发明涉及一种用于染料污水处理的卟啉基金属有机骨架材料敏化的纳米氧化锌基催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，随着现代社会经济的飞速发展，对能源的需求日益提高，快速发展的工业生产对环境造成较大的影响。由于化石燃料的燃烧导致的大气污染、工业生产过程中有毒、害气体的排放，使得环境污染治理迫在眉睫。因此，开发新型材料和寻找有效治理污染手段成为工业生产急需发展的技术。

半导体光催化技术是一种高级氧化工艺,具有无毒、安全、彻底氧化等优势。在众多的废水处理工艺中,光催化氧化技术凭借着独有的优势应用于污废水处理以及环境治理领域,引起国内外研究学者的广泛关注。目前,传统的半导体材料仍存在许多难以解决的问题,因具有量子产率低、极易失活、光吸收范围窄等缺点,限制了其在光催化降解领域中的应用,因此,开发新型光催化材料成为学科前沿的研究热点。

光催化剂主要有半导体催化剂及其衍生物。半导体光催化剂如二氧化钛、氧化锌、Ta2O5、Fe3O4、CdS等金属化合物，由于其带隙宽，可见光利用率低、只能利用紫外光、光生载流子的复合率低等缺点，因此可以通过以下两个方面对过渡金属光催化剂进行改性以提高它的光催化性能：带隙宽度调节(金属离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合等)和表面光敏化等。

针对氧化物光响应范围窄，不能利用太阳光中的可见光，致使其光利用效率低等问题，利用卟啉MOFs材料优异的光、热和化学稳定性以及在可见光区有强吸收等特性。将卟啉MOFs材料和纳米氧化物复合，发挥复合催化剂降低电荷与空穴结合速率的作用，提高复合催化剂的光催化性能。

通过卟啉及金属卟啉MOFs对金属氧化物进行光敏化是公认的行之有效的提高光催化性能的方法之一。金属有机骨架(Metal-organic-framworks,MOFs)是一种由金属离子或簇和有机配体之间的配位键组装而成的多孔结晶材料，具有高比表面积、多变的结构及组成、可修饰的孔道结构等特点，这些特点被认为是光催化性能的关键。卟啉是一类具有大共轭体系的杂环化合物，由四个吡咯的α碳原子通过一个次甲基连接而成。其中不含取代基母体部分称作卟吩，其他具有取代基的统称为卟啉。通过向卟啉分子中引入不同的官能团可以得到不同的卟啉衍生物。而功能化的卟啉由于其优秀的光电性质，制备成MOFs后，材料既具有卟啉可以增强光的吸收、提高光生电子–空穴分离率的优势，又具有MOFs比表面积大、具有多孔结构的双重优势，成为提高过渡金属氧化物光催化性能的优异光敏剂。

为此本专利利用原位合成制备了卟啉基金属有机骨架材料敏化的纳米氧化锌基催化剂，以此提高卟啉敏化氧化物的整体催化稳定性，拓宽其光响应范围，减缓空穴-电子对的结合，增强催化剂的降解性能。通过考察催化剂在可见光条件下对水中典型有机污染物—亚甲基蓝的降解性能，探究可见光降解机理，遴选出效能最佳的复合可见光催化剂。该专利有望实现有机污染物在可见光下低成本快速降解，开拓可见光催化剂构建新思路，为光催化处理污水提供理论指导。该催化剂对有机染料水污染治理，节能减排具有重要现实意义。

发明内容

本专利发明了一种卟啉基金属有机骨架材料敏化的纳米氧化锌基催化剂的制备方法，具体本发明技术方案为：

(1)金属羧基苯基卟啉框架材料敏化剂的合成