[发明专利]一种可见光下催化降解有机染料的锌金属有机骨架材料

说明书

 

技术领域

  本发明属于无机有机杂化材料的技术领域，具体涉及一种较稳定的锌金属有机骨架材料及其制备方法。

 

背景技术

 社会的不断发展，推动着化学工业的发展，但在发展过程中工业废水也在不断地增加，染料废水是主要的有害工业废水之一。染料在人们的日常生活中扮演了非常重要的角色，不仅在纺织、造纸等工业上有极大的应用，在食品工业也有着不可替代的作用。正因为它的存在，使我们的生活变得绚丽多彩。但是随染料和印染工业的迅速发展，每年要向水体环境排放大量含染料的工业废水，此类废水色度深、有机污染物含量高、组分复杂、水质变化和生物毒性大、难生物降解，染料抗光解、抗氧化性强，且含有多种具有生物毒性或导致“三致”（致癌、致畸、致突变）性能的有机物，用常规的方法难以进行污水处理，给环境带来了严重污染。

   金属有机骨架材料(MOFs)是一类由无机金属节点和有机桥连配体通过配位自组装得到的具有周期性结构的新型纳米多孔材料,它兼具了无机和有机材料的性能。MOFs具有大的比表面积,多孔性,敞开的窗口和化学成分稳定等诸多性能,因此它具备了其它无机多孔材料所不能比拟的优势。MOFs在许多方面有很好的应用前景,特别是在非均相催化性能方面，由于金属有机骨架材料不同于普通的掺杂材料，它具有丰富的化学组成，结构中的官能团具有多种多样的功能性从而利于实现其预期功能，此外该类材料具有较好的热稳定性和水热稳定性，所以在水溶液降解染料方面更有优势。

 

发明内容

   本发明的目的是，克服常见可见光催化剂通常具有较窄的吸收波段，在太阳光谱条件下催化效率较低问题，提供了一种光吸收涵盖整个可见光谱区域，具有高催化效率的金属有机骨架材料、制备方法。

 本发明所述的新型锌金属有机框架材料，是9,10-二（乙炔基吡啶）蒽-1,4-对苯二酸锌，制备方法简单方便 。

 本发明还提供该新型金属有机框架材料作为催化剂在催化降解水体系中的染料方面的应用。

  本发明是通过以下技术方案实现的：

 一种可见光下催化降解有机染料的锌金属有机骨架材料，其分子式为[Zn₃(bdc)₃(L)₄]，其结构式如下：

                                                         

 该新型锌金属有机框架材料属于三斜晶系，P1空间群。

 本发明的可见光下催化降解有机染料的锌金属有机骨架材料的制备方法，包括以下步骤：将六水合硝酸锌/三水合氯化锌与有机配体9,10-二（乙炔基吡啶）蒽及1,4-对苯二酸溶于有机溶剂中，于60~140℃反应48~170小时得到锌金属有机骨架材料；所述的有机溶剂为N,N’-二甲基甲酰胺, N,N’-二甲基乙酰胺, N,N’-二乙基甲酰胺及二甲基亚砜中的一种；六水合硝酸锌、有机配体9,10-二（吡啶乙炔基）蒽、1,4-对苯二酸及N,N’-二甲基甲酰胺的摩尔比为1:0.5 ~10:0.5~10:16~130。

  本发明对该新型锌金属有机框架材料降解水溶液中染料的能力进行了测试。具体的测试步骤和结果为，（1）取样，晶体分别用N,N’-二甲基甲酰胺、乙醇洗净后烘干称量，配制罗丹明B、亚甲基蓝、甲基橙等多种有机污染物的水溶液；（2）吸附，将晶体加入染料溶液后，暗室搅拌吸附3h；（3）可见光催化，将样品在可见光下光照，并每隔一定的时间进行取样；测试结果表明该新型金属有机框架材料在模拟太阳光下降解有机染料的效果很好，80min后所有溶液基本无色。

 本发明的锌金属有机骨架材料具有很好的水溶剂稳定性，制备方法简单，合成范围宽并且产率高；同时对比目前大量的金属有机框架材料，该新型锌金属有机框架材料中的有机配体具有较大的芳香共轭性，可以在整个可见光区域形成有效光吸收，通过配体的电荷迁移态进行高效可见光催化降解有机染料污染物，进而可对自然光源太阳光加以充分利用；在非均相催化性能方面，由于金属有机框架材料不同于普通的掺杂材料，它具有很好的稳定性，在水溶液中更易分离，所以在水溶液降解染料方面更有优势。

 

附图说明

 图1为该新型金属有机框架材料的扫描电镜图；

 图2为该新型金属有机骨架材料结构示意图；

  图3为该新型金属有机框架材料的PXRD图谱；

  图4为该新型金属有机框架材料的红外谱图；