[发明专利]锆基金属有机骨架材料、制备及作为除铬剂的用途

说明书

本发明涉及一种锆基金属有机骨架材料，其由金属离子或团簇与有机配体自组装连接而成，所述金属离子或团簇为锆或者为锆与铜、铝、锌、钴、铁、铈的复合。本发明提供的锆基金属有机骨架，通过可见光范围内有机分子官能团的光激发，为Zr³⁺‑Zr⁴⁺反应提供源源不断的电子，Zr³⁺‑Zr⁴⁺产生的光激发电子向Cr(VI)转移，导致Cr(VI)‑Cr(III)的还原，从而促进催化还原反应，六价铬最终光催化还原脱毒成铬(Ⅲ)并被金属有机骨架的孔道吸附去除。本发明提供了一种通过羟基改性金属有机骨架来处理污水的设计思路。本发明提供的除铬剂工艺简单，材料便宜，易于大量运用于设备工艺中。

技术领域

本发明涉及锆基金属有机骨架材料、制备及作为除铬剂的用途。

背景技术

金属有机骨架材料是一种新型多孔材料，由有机配体和金属离子或团簇自组装连接而成，具有比表面积大，孔隙率高，孔径和表面性质可调，金属节点丰富，热稳定性和化学稳定性高，合成方便廉价等优点。使其在气体储存、分离、多相催化等众多领域都拥有诱人的应用前景，近些年，金属有机骨架材料用作光催化剂已经引起了众多科学家的兴趣，通过对有机连接物的合理改性，增加活性催化位点，可以实现更高效的利用太阳能，进而有效去除水体中的污染物。

铬(Ⅵ)是污染物中最常见的重金属污染物，通过工业废水和肥料释放到环境中，铬(Ⅵ)在整个酸度和碱度的范围内都可以稳定存在，对生物系统具有高毒害作用，其易于穿透细胞壁，是各种癌症疾病的来源。因此，去除工业废水中的铬是关系到环境和人类健康的重要课题。目前主要采用化学沉淀、电解还原、吸附法、光催化法去除，其中吸附法和光催化法最为简单易于操作，但吸附法吸附效果极低；目前，六价铬光催化还原脱毒成铬(Ⅲ)是一个重要的研究方向，并且铬(Ⅲ)在饮用水中的含量对人体健康无害，且其在中性或碱性溶液中容易形成不溶性沉淀，易于除去。当前，光催化法除铬(Ⅵ)所采用的光催化剂多为纳米氧化物，且常见的纳米氧化物有ZrO₂,ZnO,Fe₂O₃,CdS,TiO2,其光催化能力大小比较为ZrO₂>ZnO>Fe₂O₃>CdS>TiO₂，但现有纳米氧化物光催化剂存在易于团聚、光响应范围小等问题。

而用金属有机框架代替纳米氧化物作为光催化剂，通过在合成过程中改性有机或无机组分来实现MOF的带隙的调节，从而允许可见光活化的光催化。如Cleaning up:MOFphotocatalysts for chromium reduction，By Sophia Lloyd Posted on March 18,2015，Advanced Science提到：日本研究人员已经开发出一种基于金属有机骨架材料的光催化剂，用于将Cr(VI)还原为Cr(III)，其是由铁基金属有机框架组成，并经胺基官能化，所述材料对较低浓度(8ppm)的铬(Ⅵ)需要较长的时间才能降解完全，对高浓度的铬(Ⅵ)的处理并未可知。又如，文章--Robust photocatalytic reduction of Cr(VI)on UiO-66-NH₂(Zr/Hf)metalorganic framework membrane under sunlight irradiation By Xue-DongDu Posted on September 11，2018，Chemical Engineering提到利用UiO-66-NH₂(Zr/Hf)膜作为光催化剂还原Cr(VI)，文献中的材料需要用α-Al2O3作为载体，合成复杂，不利于大量生产，且其对Cr(VI)的还原能力较弱，文章中只对于5ppm的Cr(VI)进行还原，且需要120min还原完全，还原效率较低。

发明内容