[发明专利]一种具有催化臭氧分解能力的抗湿性铁基金属有机框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有催化臭氧分解能力的抗湿性铁基金属有机框架材料及其制备方法和应用，属于环境保护技术领域，该方法将铁盐与有机配体溶解在N，N‑二甲基甲酰胺中，搅拌溶解；所得溶液进行溶剂热反应；反应完成后，所得产物用N，N‑二甲基甲酰胺洗涤，再置于甲醇中连续搅拌，之后离心收集、烘干，获得所述抗湿性铁基金属有机框架材料；本发明方法解决了传统MnOsubgt;2/subgt;材料存在的催化分解臭氧效率高但抗湿性差、易失活的问题，同时利用铁基金属有机框架材料的良好分解性能，使所述复合材料能在室温下高效净化室内空气中的臭氧，且该复合材料的制备方法简单，成本低，不引入其他污染物。

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，特别是涉及一种具有催化臭氧分解能力的抗湿性铁基金属有机框架材料及其制备方法和应用。

背景技术

近地面臭氧是影响环境空气质量的重要污染物，臭氧污染已经逐渐超越PM_2.5成为影响空气质量的污染源之一。挥发性有机污染物(VOCs)是臭氧产生的重要前体物质，虽然目前已经进行了一系列控制VOCs的措施，但短期内臭氧在大气环境仍会维持较高的浓度。

由于人们近70％-90％的时间是在室内环境中度过的，因此应立即加强对室内O₃污染的关注。一方面，室外O₃可以通过新风系统直接进入室内；另一方面，室内狭窄空间也会有O₃产生，如室内静电通风系统、打印机旁、飞机客舱内、医院以及水处理厂等。研究人员尝试了各种方法来控制O₃的排放，包括物理和化学吸附、热分解、催化分解。其中催化法是一种高效、经济地消除室内空气O₃的简便方法。研究表明，锰基催化剂具有较高的催化效率，然而传统MnO₂材料存在抗湿性差、易失活的问题，使其不适于室内湿润空气的处理。

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一种新兴的多孔功能材料，MOFs材料是由无机金属离子或无机簇单元和有机配体通过配位键自组装形成的具有周期性立体网络结构晶体。与传统的无机材料相比，MOFs材料具有极高的孔隙率、超大的比表面积和有序的孔道结构，在传感、吸附、药物缓释及气体的储存等领域都有广泛的应用。MOFs材料在催化领域也显示出巨大的应用前景：(1)由于具有大的比表面积和孔隙率，有利于对反应底物的吸附，提高催化活性；(2)由于MOFs材料在结构及组成上多样，结构可剪裁性、可设计性、易调变等特点，从而可以根据实际需要来设计MOFs的结构、组成、孔道形状和大小，这是传统材料所无法比拟的；(3)高密度的金属位点，完全暴露在表面/孔道的金属离子可以提供100％的可利用率。基于以上特点可知MOFs材料是一类有潜力的催化剂，但是目前MOFs材料在臭氧催化分解领域方面的应用报道并不多。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有催化臭氧分解能力的抗湿性铁基金属有机框架材料及其制备方法和应用，以解决目前催化臭氧分解的纳米材料在高湿度下容易失活的问题，该铁基金属有机框架材料(Fe-MOFs)为MIL-53(Fe)系列材料，具有活性高、成本低、抗湿性好的优点，便于实际应用，且该纳米材料的制备方法简单，不会引入其他污染物，对于有效去除室内空气中的臭氧污染具有重要的实用价值。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种具有催化臭氧分解能力的抗湿性铁基金属有机框架材料的制备方法，以铁盐与有机配体为原料，经过溶剂热法制备而成；所述有机配体包括对苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸、硝基对苯二甲酸或2-羟基对苯二甲酸。

进一步地，所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)将铁盐与有机配体溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌溶解；

(2)将步骤(1)所得溶液进行溶剂热反应；