[发明专利]一种MOF@TiO2

说明书

本发明公开了一种MOF@TiO₂@PDVB光催化剂及其制备方法与应用。该方法为：通过将有机配体、金属源、TiO₂前驱体、二乙烯基苯‑交联剂、偶氮二异丁氰‑聚合引发剂及有机酸在有机溶液中自组装、洗涤、浸泡、真空干燥及焙烧的方法制备得到MOF@TiO₂@PDVB光催化材料。本发明制备的产品既能够保持MOF规则的形貌结构、多孔性和较大的比表面积，且继承了TiO₂的优异光催化特性，同时又具有PDVB的疏水特性，显著提高亲脂性污染物吸附特性、光催化活性、CO₂生成量和抗积碳失活性能，使其在高湿度环境下也具有优异的光催化活性。本方法具有步骤简单、成本低廉且可广泛应用于水污染控制、大气污染控制的优点。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种MOF@TiO₂@PDVB光催化剂的制备方法及其应用。

背景技术

由于光催化技术绿色环保的优点在水及大气环境治理中备受关注，同时二氧化钛(TiO₂)具有无毒、价廉及较强的氧化还原能力被作为最常用的光催化剂，然而TiO₂由于具有较小的比表面积、低吸附速率和易积碳失活等缺点而严重限制了其实际应用。鉴于此，众多的研究者将TiO₂与SBA-15、ZSM-5及活性炭(AC) 等多孔材料复合，期望达到较高的光催化活性和抗积碳失活的目的。尽管传统多孔材料具有较大的吸附常数，但其仅作为TiO₂的载体且不具备光响应性，因此制备的复合材料效果仍不理想。

而由金属离子和有机配体通过配位作用自组装的MOFs(金属有机骨架)材料由于可调的孔结构、较大的比表面积、可功能化和可修饰的框架结构而受到关注。基于以上特性，MOFs可应用于气体吸附、分离和非均相催化等领域，其中 MOFs的类半导体特性可使其应用于环境光催化领域。因此研究表明将TiO₂与大比表面积MOF材料结合有利于暴露TiO₂的活性位点，降低光生电子空穴复合率，进而提高光催化活性。

另一方面，在气相高湿度环境(高湿度地区或者多雨季节)或者液相环境下，大量水分子在上述TiO₂/MOF材料上形成的水膜层导致污染物、氧分子无法与材料表面接触而使光催化活性受到抑制。为了解决这个问题，本发明通过将超疏水 PDVB热沉积在上述催化剂表面形成疏水保护层，增强其抗水性，促使催化剂表面污染物、水分子以及氧分子浓度达到平衡状态以此提高光催化活性、CO₂选择性以及抗积碳失活性能，同时疏水特性使得催化剂对于相同性质物质具有吸附富集作用，这使得在室内亲脂性污染低浓度情况下也能得到污染物高降解率。

鉴于此，本发明首先通过将有机配体、金属源以及TiO₂前驱体在特定的溶剂中原位自组装、洗涤及真空干燥得到MOF@TiO₂材料。然后再将MOF@TiO₂与超疏水PDVB研磨，将研磨均匀的材料于惰性氛围下在管式炉中焙烧制得MOF@TiO₂@PDVB材料。这种具有大比表面积、高结晶度和高孔隙率的MOF基材料有利于传质、光的投射、反应物的吸附及活性位点的分散，TiO₂与其复合形成异质结降低电子空穴复合率，从而提高材料的光催化活性；而材料外层的疏水层 PDVB为亲脂性污染物的吸附富集提供疏水环境，提高活性位点TiO₂周围氧分子和亲脂性污染物浓度，进而提高材料的光催化活性、CO₂选择性和抗积碳失活性能。本发明为MOF基材料的制备和水及大气污染的治理提供了新的思路。

发明内容

本发明目的在于克服MOF材料和TiO₂材料的光催化活性差、矿化率低、易积碳失活及亲水等问题，提供一种尺寸、形貌、疏水性及结构可控的 MOF@TiO₂@PDVB光催化剂的制备方法及其应用。所制得的光催化剂较单一材料的催化活性、选择性、抗积碳失活性能和抗湿性能显著提高。