[发明专利]一种以金属有机框架为前驱体配体可回收制备不同形貌四氧化三钴的方法与应用

说明书

一种以金属有机框架为前驱体配体可回收制备不同形貌四氧化三钴的方法与应用。本发明采用溶剂热法，将预先制备好的Co‑MOF‑74与尿素或六次甲基胺混合，后离心分离得到不同形貌碳酸钴和反应母液，随后将反应母液化学提纯，有效回收得到纯净的有机桥连配体以及通过两段式煅烧不同形貌的碳酸钴得到用于高效降解挥发性有机物的四氧化三钴催化剂。本发明制备方法简单易行、不需要额外增加表面活性剂或软硬模板、能够大规模制备具有不同形貌四氧化三钴，所制四氧化三钴催化剂具有较大的比表面积，形貌可控、尺寸均一；最为重要的是所添加的有机桥连配体完全可以回收，实现了资源的可重复利用，极大的降低了催化剂的制备成本。

技术领域

本发明属于材料化学，环境功能材料技术领域，具体涉一种以金属有机框架为前驱体配体可回收制备不同形貌四氧化三钴的方法与应用。

背景技术

近年来，随着挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）的大量排放，而VOCs作为O₃和PM2.5的重要前体物，对自然环境和人体健康造成非常严重的影响，是目前我国大气复合污染面临的重大环境问题之一。在众多VOCs排放中，以苯、甲苯等为典型代表的苯系物因其在建筑、包装、硬刷、涂料等常用于工业溶剂导致其在典型污染源的污染物占比高，因此受到人们的广泛关注。

目前，已有的VOCs治理的传统技术有非热等离子体、生物质法、光催化、光热催化、直接燃烧法以及催化氧化法等。在众多已报道的治理VOCs的传统技术中，催化氧化法处理效率高、无二次污染、占地面积小、易操作等优势，而被广泛应用。在这项技术中，催化剂的设计与制备是催化氧化VOCs的关键技术问题之一。通常来说，高效催化剂往往要求具备较大的比表面积、较高的热稳定性、商业成本低、较强的抗水性和可重复再生等特点。针对目前常用的工业催化剂存在比表面积小、抗水性差、商业成本较高、寿命较短、不可重复使用等的缺点，因此亟待研发一种更为高效、能够快速实现VOCs高效降解的催化剂。目前，已有大量的催化剂用于VOCs的降解，而三维不同形貌的催化剂因其具有较大的比表面积、更多的暴露活性位点，接触面积大、较高的传质能力，因此得到较为广泛的应用。当前，不同形貌四氧化三钴制备过程通常需要加入软硬模板法以及通过煅烧金属有机框架化合物为主，然而这些制备方法复杂，不能合成具有特定形貌的催化剂，配体不可回收，成本高昂等缺点。

鉴于此，本发明开发了种以金属有机框架为前驱体配体可回收制备不同形貌四氧化三钴催化剂的方法，该催化剂具有较大的比表面积，形貌可控、尺寸均一；并表现出优异的甲苯催化氧化性能，此外该种方法能够实现有机桥连配体的回收，极大节约了制备成本，该方法不仅能够大量制备尺寸均一具有不同形貌的四氧化三钴，而且在工业以及实际应用中也将具有很大的推广性和应用性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有制备成本高、需要添加软硬模板或表面活性剂、配体不可回收重复利用等技术的不足，提供了一种全新并能够较大规模制备不同形貌、尺寸均一四氧化三钴催化剂制备方法，所制催化剂对VOCs具有高效的吸附催化降解性能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明采用溶剂热法，通过以Co-MOF-74为前驱体、调节尿素和六次甲基胺制备得到尺寸均一具有不同形貌碳酸钴，将反应母液化学提纯，有效提取得到纯净的有机桥连配体，后将所制备的不同形貌的碳酸钴盐通过两段式煅烧得到具有高效降解挥发性有机物四氧化三钴催化剂。

一种以金属有机框架为前驱体配体可回收制备不同形貌四氧化三钴的方法，制备方法包括以下步骤：

（1）Co-MOFs-74的制备：

室温搅拌下，称取乙酸钴和2,5-二羟基对苯二甲酸分别溶解在甲醇中，形成溶液A和溶液B；随后将溶液B缓慢加入溶液A中混合搅拌得到混合液C，将所得混合液C在室温下超声，离心并用甲醇清洗数次去除未反应的钴盐和有机配体，随后用去离子水洗涤数次去除甲醇，真空干燥得到Co-MOFs-74备用；