[发明专利]一种氧化石墨烯/金属有机骨架复合材料在光控脱附挥发性有机物中的应用

说明书

本发明属于VOCs吸附回收领域，公开了一种氧化石墨烯/金属有机骨架复合材料在光控脱附挥发性有机物中的应用。所述复合材料为GO/MIL‑101，是将氧化石墨烯超声分散于水中，形成GO悬浮液；再将GO悬浮液和Cr盐加入到带聚四氟乙烯的反应釜中，搅拌均匀后，加入对苯二甲酸有机配体和水；在160～220℃水热反应6～16h，洗涤、干燥制得。本发明的复合材料能够拓宽并增强MOF的光吸收范围和强度，在200‑1200nm波长的光照射下，能够吸收大量的光能并转化成热能，激发VOCs的快速脱附，实现吸附剂的再生。其具有工艺简单、脱附速度快、能耗低等优点，适合于工业化生产，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于大气光催化材料技术领域，更具体地，涉及一种氧化石墨烯/金属有机骨架复合材料在光控脱附挥发性有机物中的应用。

背景技术

近年来，随着大气环境质量变差，各种环境污染事件频出，人们对大气污染的重视程度逐渐增加，作为其中一种重要的大气污染源——挥发性有机物(VOCs)也逐渐成为环境研究的热点。VOCs是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要前提物，主要来源于煤、石油化工、燃料燃烧等过程，大多数的VOCs具有毒性、刺激性、致畸致癌性。因此，如何能够高效处理VOCs，改善环境质量成为科研人员的研究重点。VOCs的常用处理方法包括吸附、吸收、催化氧化法和生物法，其中，吸附法具有操作简单、高效、环保的特点，可应用于高、低浓度VOCs的处理。然而，工业上常用的吸附剂(活性炭、硅胶和分子筛等等)存在吸附量小、脱附较困难，吸附剂难以循环使用的问题。

金属有机骨架材料(MOFs)是一种由无机二级建筑单元(金属氧化物团簇或金属离子)与有机组分配位组成的有机-无机多孔材料，这种配位聚合物提供了显著的化学和结构多样性，由于孔径可调、表面可进行修饰等特点，其在分子水平上吸附有害气体/蒸汽方面优于传统的多孔材料，在吸附去除VOCs的应用案例也很多。但由于MOF自身较差的热传导性，致使最常用的热脱附技术脱附VOCs时面临率较低、能耗高。氧化石墨烯(GO)在可见光和近红外(NIR)电磁波谱中表现出广泛的光学吸收和优异的光热转换性能，广泛应用于癌症治疗、海水纯化等方面，但是氧化石墨烯是单层网状结构，比表面积和孔隙率均较低，在吸附高浓度VOCs方面应用收到限制。截止目前，对光热转换应用于吸脱附VOCs的研究尚少。

发明内容

为了解决现有常用的VOCs吸附剂吸附容量小、太阳能利用率低、脱附效率低和脱附耗能高等不足，本发明首要目的在于提供了一种氧化石墨烯/金属有机骨架复合材料在光控脱附挥发性有机物中的应用。该材料具有较高光热转换性能，能够结合氧化石墨烯的光热转换性能和MOF的多孔吸附特点，可在太阳光的驱动下改善材料的再生性能，解决了太阳能利用率低、MOF脱附效率低的缺陷，拓展了MOF在VOCs处理方面的应用前景。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种氧化石墨烯/金属有机骨架复合材料在光控脱附挥发性有机物中的应用，所述复合材料氧化石墨烯/金属有机骨架复合材料，简写为GO/MIL-101，是将氧化石墨烯超声分散于水中，形成GO悬浮液；再将GO悬浮液和Cr盐加入到带聚四氟乙烯的反应釜中搅拌均匀后，加入有机配体对苯二甲酸和水，升温至160～220℃水热反应6～16h，洗涤、干燥制得。

优选地，所述的氧化石墨烯为单层片状，其尺寸为500nm～1μm。

优选地，所述Cr盐为CrCl₃·6H₂O或Cr(NO₃)₃·9H₂O；所述Cr盐、对苯二甲酸和水的摩尔比为1：(1～2)：(500～600)；所述GO悬浮液中氧化石墨烯和Cr盐的摩尔比为(0.02～0.1)：1。所述的GO悬浮液的浓度为2～4mg/mL。

优选地，所述升温的速率为0.1～1℃/min；所述干燥的温度为80～120℃，干燥的时间为12～20h。

优选地，所述光为从紫外到近红外光区，所述光的波长为200～1200nm。