[发明专利]一种核壳结构可见光催化材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种核壳结构可见光催化材料及其制备方法与应用，通过将ZIF类材料和次卤酸铋类化合物结合制备的核壳结构高效复合可见光催化材料，更具体制备方法为：首先在甲醇溶剂中制备ZIF类材料，随后将ZIF类材料与硝酸铋、氯化钠等在溶剂中进行水热反应；最终得到基于沸石咪唑酯骨架的核壳结构可见光催化材料。本发明所得基于沸石咪唑酯骨架的核壳结构可见光催化材料有良好的可见光响应性，可以在可见光波长下高效降解水体中各种有机污染物。该基于沸石咪唑酯骨架的核壳结构可见光催化材料在有机物污染污水深度净化领域有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种核壳结构可见光催化材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，随着全世界化学合成工业的迅速发展进步，大量的合成有机化合物进入人们的日常生产和工作中，过量的合成有机化合物如果不有效处理，将通过各种途径进入到环境中，其中，水体系即是其中重要的受纳体系之一。根据调查，长江流域的水体中已经检测出包括有机染料、有机抗生素、有机农药等各种合成有机化合物，且这些化合物的浓度均超过国家标准。这些有机物污染物毒性大，不仅仅对水体系中的生物产生极大的破坏，也同时通过饮用水、农作物灌溉等方式进入到人类用水中，对人类和生物的身体健康破坏极大。然而，大部分有机污染物结构极其稳定，传统的污水处理厂难以对其进行有效去除。光催化技术作为今年来新兴的污水处理技术，具有可利用太阳能、反应条件温和、污染物分解彻底等优点，具有成为理想污水深度处理技术的潜能。

光催化材料作为光催化技术的核心，通过吸收低能量密度的光能，激发价带电子跃迁至导带，使电子与空穴分离并分别与水中的氧气和水分子反应，产生超强氧化能力的自由基(·OH、·O₂H等)，从而将光能转化为高密度的化学能用以分解顽固合成有机污染物。从光催化技术诞生至今，已经合成了很多种效果优异的光催化材料。但是这些以二氧化钛、氧化锌为代表的传统光催化材料只对紫外光有活性，可见光下几乎没有活性，这阻碍了光催化技术在污水处理领域的实际应用。

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。作为其中重要的一类，沸石咪唑酯骨架(ZIF)采用金属盐与咪唑及咪唑衍生物相互结合，制备方法简单，结构稳定。由于其金属中心的存在，ZIF材料被广泛应用于催化领域。因此将ZIF材料与BiOX结合制备核壳型高效光催化材料，能有效利用可见光降解合成有机污染物，对光催化材料的拓展，有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于沸石咪唑酯骨架的核壳结构可见光催化材料。

本发明的再一目的在于提供上述核壳结构可见光催化材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述核壳结构可见光催化材料在降解水体有机污染物方面的应用，旨在解决上述背景技术中现有技术的不足。

本发明是这样实现的，一种核壳结构可见光催化材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将溶解有金属盐的溶剂A迅速加入到溶解有有机配体的溶剂B中，混合静置2～72h，将沉淀物过滤、清洗得到ZIF类材料；其中，所述金属盐、溶剂A、有机配体、溶剂B的质量体积比为(0.5～2.0)g：100mL：(0.6～3.0)g：100mL；

(2)将ZIF类材料、五水硝酸铋(Bi(NO₃)₂·5H₂O)、卤化钠(NaX)和乙二醇加入到水热反应釜中并搅拌均匀，将水热釜置于80～160℃烘箱中反应8～24h，将反应产物洗涤、烘干，得到基于沸石咪唑酯骨架的核壳结构可见光催化材料ZIF/BiOCl，该材料中ZIF与BiOCl的质量比为(1～100)：100。