[发明专利]一种基于MOF-74的钴铁双金属催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于MOF‑74的钴铁双金属催化材料及其制备方法与应用。本发明通过将金属盐、有机配体按摩尔比(1～5)：1加入到溶剂中，搅拌均匀后转移到聚四氟乙烯反应釜；其中，所述金属盐由含钴金属盐和含铁金属盐构成，且该金属盐中钴、铁的摩尔比为(1～9)：(1～9)；将聚四氟乙烯反应釜放入烘箱在100～160℃下反应12～72h，得到基于MOF‑74的钴铁双金属催化材料。该钴铁双金属催化材料与过硫酸盐结合，可以高效深度降解水体中各种有机污染物，该基于MOF‑74的钴铁双金属催化材料‑过硫酸盐催化体系可应用于深度净化有机物污染污水。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种基于MOF-74的钴铁双金属催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，合成有机化学品以每年数百万、甚至千余万种的速度增加，这些有机化学品通过各种途径进入到水体中。这些有机化学品中有机物占绝大多数，并且这些有机物普遍具有结构稳定、生态环境风险大、致癌致畸致突变、在传统水处理技术中难以有效去除等特性。

基于活化过硫酸盐而生成硫酸根自由基(SO₄^-.)处理水体有机污染物的高级氧化技术在近年来受到广泛的关注。与羟基自由基(.OH)相比，SO₄^-.在中碱性条件下具有更高的氧化还原电位(2.5～3.1V)，对pH的适应范围更宽，氧化选择性更强，且具有更长的半衰期(30～40us)等优点。理论上，SO₄^-.可以将废水中绝大部分有机物矿化为CO₂和H₂O。

SO₄^-.的产生主要通过活化过硫酸盐来实现，过硫酸盐包括过一硫酸盐(PDS)和过二硫酸盐(PMS)。过渡金属活化法具有无需外加热源和光源、常温下即可实现活化、可重复使用等优势。其中，钴、铁两种金属离子被证明对过硫酸盐有最好的活化效果。过渡金属活化过硫酸盐分为均相活化和非均相活化两种。在均相活化体系中，金属以离子的形式存在，在反应结束后水体中残留的大量金属离子会造成新的污染；而在非均相催化氧化体系中，金属通常通过氧化物的形式存在，然而传统的钴氧化物和铁氧化物对于过硫酸盐的活化效果不如均相体系，且活化过程中仍然有离子溢出到溶液中。

金属有机骨架(MOF)，由无机金属中心(金属离子或金属簇)与桥连的有机配体通过自组装连接形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料，具有孔道结构规整有序、金属组成和孔径结构尺寸可调节、骨架可修饰等特点。将金属钴和铁通过MOF方式嵌入在晶体内部，可以有效防止铁钴离子的溢出，而且MOF的多孔结构可以使污染物富集在活性催化点附近，加快催化速度。其中，MOF-74类MOF孔道大，结构稳定，并且研究表明钴铁两种元素均可合成MOF-74类晶体。因此，通过MOF-74晶体合成比例可调控的钴铁双金属催化材料可以快速活化过硫酸盐，高效降解水体有机污染物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MOF-74的钴铁双金属催化材料。

本发明的再一目的在于提供上述基于MOF-74的钴铁双金属催化材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述基于MOF-74的钴铁双金属催化材料在活化过硫酸盐或降解水体中有机污染物方面的应用。

本发明是这样实现的，一种基于MOF-74的钴铁双金属催化材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将金属盐、有机配体按摩尔比(1～5)：1加入到溶剂中，搅拌均匀后转移到聚四氟乙烯反应釜；其中，所述金属盐由含钴金属盐和含铁金属盐构成，且该金属盐中钴、铁的摩尔比为(1～9)：(1～9)；

(2)将聚四氟乙烯反应釜放入烘箱在100～160℃下反应12～72h，得到基于MOF-74的钴铁双金属催化材料。