[发明专利]一种溴掺杂MOF衍生物光催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种溴掺杂MOF衍生物光催化剂的制备方法及应用。该方法为：首先通过水热法合成MOF，然后将MOF加入到含有溴化盐的甲醇溶液中搅拌、烘干、煅烧合成300Br_x@MOF复合光催化材料。本发明制备的催化剂既保持了MOFs的高吸附能力，又克服了MOFs光催化活性差的缺点。一方面300Br_x@MOF材料为催化富集污染物，提高催化剂活性，另一方面其催化作用能够实现吸附材料的原位再生，解决了吸附剂再生难题。本发明制备的300Br_x@MOF复合光催化材料，制备方法简单，成本较低，有利于工业化推广应用。

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种溴掺杂MOF衍生物光催化剂的制备方法及应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)作为臭氧和PM_2.5的重要前驱物严重危害自然生态环境和人体健康，因此对其的治理刻不容缓。目前VOCs的控制技术主要包括：吸附法、生物法、低温等离子体法、催化燃烧法和光催化氧化法等。其中吸附法是通过吸附材料与废气中的VOCs进行物理化学作用，从而达到富集VOCs的目的，由于其具有操作简单和成本低的特点，被广泛应用于工业应用。而传统的吸附材料如活性炭、ZSM-5、SAPO-34等只是简单的将废气中的VOCs进行富集，并不能达到销毁的目的，且材料吸附饱和以后，若不及时更换吸附剂，富集的VOCs可能会脱附出来，给环境带来二次污染。

金属有机骨架(MOFs)由于其可调的孔结构、较大的比表面积、可功能化的框架结构等优点，被广泛应用于气体吸附、分离和非均相催化等领域。另外相比于传统的吸附材料，MOFs的类半导体特性可使其应用于环境光催化领域，在光照下产生具有强氧化能力的自由基，从而将VOCs氧化降解成无害的CO₂和H₂O。

但MOFs作为光催化剂，氧化能力主要依赖于光生电子的利用效率。然而由于MOFs固有的导电性差，大多数MOFs的光生电荷转移率较低，因此为提高MOFs的光催化能力，迫切需要提高MOFs的光生电荷转移率。鉴于此，本发明首先通过将有机配体、金属源在特定的溶剂中原位自组装、洗涤及真空干燥得到UiO-66，然后再将UiO-66与溴化盐溶液在甲醇中搅拌均匀，洗涤、干燥、研磨，再将研磨均匀的材料于惰性气体氛围下在管式炉中焙烧制得300Br_x@UiO-66材料。一方面能通过其多孔吸附作用为催化提供高浓度污染环境，提高催化剂活性，另一方面能通过催化作用可实现吸附剂的原位脱附再生，增加吸附剂的吸附容量，解决了吸附剂再生难题，从而有效提高VOCs的净化效率。本发明为材料制备和VOCs治理提供了新的思路。

发明内容

本发明提供了一种溴掺杂MOF衍生物光催化剂的制备方法及应用。该方法制备出来的光催化剂，既保持了MOF的高吸附能力，又克服了MOF光催化活性差的缺点，其催化作用能够实现吸附材料的原位再生，解决了吸附剂再生难题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种溴掺杂MOF衍生物光催化剂的制备方法及应用，其特征在于，通过将有机配体、金属源、有机酸在反应釜中水热合成UiO-66，然后将UiO-66加入到含有溴化盐的甲醇溶液中搅拌，烘干，煅烧合成300Br_x@UiO-66复合光催化材料。

一种300Br_x@UiO-66光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)UiO-66的制备：0.1-0.4g金属源与0.1-0.4g的有机配体加入到50-70mL N,N-二甲基甲酰胺中，得到混合溶液A，室温下搅拌0.5-1h完全溶解后，再将有机酸加入至混合溶液A中，混合搅拌0.5-1h，得到混合溶液B，将混合溶液B转移至聚四氟乙烯反应釜中，水热反应12-48h，自然冷却后，将沉淀物离心洗涤，活化，真空干燥，研磨后最终得到UiO-66；所述金属源包括四氯化锆、硝酸锆或硫酸锆；所述有机配体包括对苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸、2-硝基对苯二甲酸或2-溴对苯二甲酸；