[发明专利]含碱金属的蜂窝状共价三嗪框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种含碱金属的蜂窝状共价三嗪框架材料及其制备方法和应用，本发明所述材料的制备方法温和简单，且原材料为环境丰富元素，实现低成本、高效率等特点，该材料表面引入较多官能团，有利于修饰和丰富活性位点，以提高光响应性能和电子分离、传输能力，将含碱金属且同时含有吸、供电子基团的蜂窝状共价三嗪框架材料应用在水解制氢和还原六价铬方面，具有高活性、高稳定性等特点，在催化还原污染物和制氢领域具有很大应用潜能。

技术领域

本发明属于材料制备及环境技术领域，涉及一种含碱金属的蜂窝状共价三嗪框架材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，半导体光催化技术在环境治理与光解水制氢方面的研究与应用引起了人们的广泛关注。有害重金属离子中，六价铬(Cr(VI))是地表水和地下水中的常见污染物，因为它广泛用于皮革鞣革、电镀、印刷、颜料、抛光和其他行业，且会将其在食物链中的浓度增加到有毒水平。半导体催化剂可以将六价铬还原为三价态Cr(III)，也可以通过表面活性吸附剂从溶液中去除。氢气被认为是帮助我们解决能源危机和环境污染的理想替代能源之一，而可见光催化水制氢能够将太阳能转化为一种可用或可储存的能源。

具有三维蜂窝状的共价三嗪框架材料由于独特的结构性质和稳定的化学性质表现出较好的催化还原和光解水制氢能力。但由于聚合物的高对称性和低结晶度，对电子分离、传输造成了一定抑制作用。因此，通过引入吸、供电子基团和碱金属来调节化学组成改善其催化性能成为突破传统的研究方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种含碱金属的蜂窝状共价三嗪框架材料及其制备方法和应用，本发明所述的制备方法温和简单，引入氧、钠和钾三种环保元素不突破传统的高对称性和低结晶度特征，提高水解制氢的活性，电子分离、传输能力，从而达到高效水解制氢和还原六价铬的性能。

本发明的技术方案如下：

一种含碱金属的蜂窝状共价三嗪框架材料，按照如下方法制备得到：

(1)将正硅酸乙酯加入乙醇、水和氨水(30～35wt％)的混合液中，室温(20～30℃)下搅拌10～15h(优选12h)，之后离心、洗涤(用乙醇洗涤)、干燥(60℃下真空干燥过夜)、研磨，得到二氧化硅纳米颗粒；

所述正硅酸乙酯和水的体积比为1：1.5～2，优选1：1.8；

所述乙醇、水和氨水的体积比为20～25：1：1；

(2)将对苯二腈、对羟基苯腈和步骤(1)所得二氧化硅纳米颗粒研磨混合均匀，于-12～8℃(优选0℃)、惰性气体保护的条件下，滴加三氟甲磺酸并持续搅拌1.8～2.5h(优选2h)，随后升温至88～108℃(优选100℃)保持24～34min(优选30min)，之后经洗涤(用氨水、乙醇和水洗涤以去除杂质)、干燥(在55～65℃真空干燥箱中24h烘干)、研磨，备用；

所述对苯二腈、对羟基苯腈的物质的量之比为1：0～0.1(0的含义是可以不加对羟基苯腈)，优选1：0.05；

滴加三氟甲磺酸后，所述对苯二腈和对羟基苯腈合计物质的量在三氟甲磺酸中的浓度为1.6～2.4mol/L，优选2mol/L；所述二氧化硅纳米颗粒在三氟甲磺酸中的浓度为200～300mg/mL，优选250mg/mL；

(3)将步骤(2)所得产物加到碱液中，搅拌均匀后升温至55～65℃(优选60℃)，静置8～12h(优选10h)，之后离心、洗涤(用去离子水洗涤)、干燥(在55～65℃真空干燥箱中24h烘干)、研磨，得到所述含碱金属的蜂窝状共价三嗪框架材料；

所述碱液为碱性物质的水溶液，浓度在0.4～0.6mol/L，优选0.5mol/L，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾或氨；

所述碱液的体积用量以步骤(2)所得产物的质量计为300～350mL/g。