[发明专利]一种纳米铬酸铋-MOFs复合材料制备方法及其应用

说明书

本发明公开一种纳米铬酸铋/MOFs复合材料制备方法及其应用，所述MOFs材料为类沸石咪唑酯骨架材料，以咪唑‑2‑甲酸为有机配体，以Cu²⁺、Ni²⁺为无机配体，负载纳米铬酸铋催化剂，包括以下步骤：S1：制备无机配体溶液；S2：制备有机配体溶液；S3：按等体积比将无机配体溶液和有机配体溶液混合均匀后，移至反应釜中，80～150℃水热条件下，搅拌反应12～36h，冷却至室温，离心、洗涤、干燥；S4：将MOFs材料加入0.11～0.14mol/L K₂CrO₄溶液中，浸渍吸附0.5～3h，再滴加乙酸铋‑盐酸溶液，25℃室温下，搅拌反应1～6h，离心、洗涤、干燥，即得。本发明将纳米铬酸铋和ZIFs材料复合形成异质结结构，使光生电子自发地从纳米铬酸铋晶面转移到MOFs的导带，高效分离光生电子和空穴，显著提高光催化能力。

技术领域

本发明属于纳米复合材料合成领域，具体涉及一种纳米铬酸铋-MOFs复合材料制备方法及其应用。

背景技术

木质素是由3种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网状结构的生物高分子，含有丰富的芳环结构、脂肪族和芳香族羟基以及醌基等活性基团，是植物界中储量仅次于纤维素的第二大生物质资源。木质素占生物质总量的15％～30％，主要作用是支撑植物的水分运输和结构完整性，具体由对羟基苯基(H)、愈创木基(G)和丁香基(S)组成的酚醛聚合物，再通过各种C-O和C-C键连接在一起，例如α-o-4、α-α、β-o-4、β-β和4-O-5键。木质素的自然储量高，且原料来源广，我国每年从造纸废液中提取出来的木质素约5000万吨，但大部分都作为废弃物直接排放或者燃烧，不仅污染环境还造成生物质资源的浪费。将木质素催化解聚可获制单酚类高附加值精细化学品和芳香族化合物等高品位生物燃料，以部分取代化石燃料，使木质素得到高效资源化利用。目前，木质素解聚方法主要分为生物解聚法和化学法。生物解聚法具体分为酶解法和微生物发酵法，相比于化学法，更为绿色环保，选择性高，但解聚速率低，耗时久，且原料成本高、易失活，对环境要求高，无法木质素的大规模工业应用。因此，化学方法更受青睐，根据木质素化学解聚所采用的催化剂及反应介质，分为热裂解、催化氢解、催化氧化、醇解、二氧六环/水解聚、酸解和光催化解聚等。

金属-有机骨架材料，是由过渡金属离子与羧酸类或含氮类有机多齿配体通过配位作用自主装形成具有周期性的多维网状结构的一类新型多孔材料，具有高孔隙率、低密度、大比表面积、孔道规则、孔径可调以及拓扑结构多样性和可裁剪性等优点。MOFs材料兼具无机材料刚性和有机材料柔韧性的特征，在气体的存储、催化剂、分离、吸附以及光电磁材料中具有重要应用，同时，由于MOFs材料具有大量不饱和金属位，具有高度的分子选择性。类沸石咪唑酯骨架材料简称ZIFs，是由二价过渡族金属离子与咪唑基配体络合后形成的一种具有沸石拓扑结构的新型MOFs材料。ZIFs材料不仅具有传统MOFs材料的优点，而且具有无机沸石的高稳定性，其热稳性达到550℃，耐热碱和有机溶剂等，还可以通过调节金属离子与有机配体获得不同的结构和功能。目前，对于新种类ZIFs材料的开发和探索仍是材料领域的研究热点。

纳米铬酸铋是一种新型铬酸盐光催化剂，具有非常宽的光谱吸收范围，可将吸收带边拓展至610nm的红光区，其禁带宽度为2.03eV，远低于传统TiO₂光催化剂的3.0～3.2eV，对可见光具有良好的响应能力，同时，其光电压响应范围也可拓展至红光区，表现出优异的光生电子与光生空穴的分离效率，因此，铬酸铋具有优异的可见光催化性质。目前，关于纳米铬酸铋的研究及应用还较为罕见，仅三例报道，具体为：申请号为CN201711286334.X的专利，公开一种高活性铬酸铋纳米光催化剂的制备方法及其应用；申请号为CN202010883227.0的专利，公开一种复合光催化剂在染料废水处理中的应用；申请号为CN00818717.7的专利，公开补充促进剂与碳担载的含贵金属的催化剂一起在液相氧化反应中的用途；但利用纳米铬酸铋与ZIFs材料复合研发新型异质结催化剂并将其应用于木质素解聚还未有相关资料报道，是新材料领域的空白。

发明内容