CN104815691B - 具有光催化降解废水中有机污染物的超分子聚合物及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有光催化降解废水中有机污染物的超分子聚合物及其制备方法和应用。本发明的超分子聚合物具体通过以下方法制备获得：将碘化铅(0.0461g,0.1mmol),1,3,5‑三(N‑吡啶甲基)苯(0.0594g,0.1mmol),碘化钾(0.664g,0.4mmol)加入到25mL的聚四氟乙烯的水热反应釜中，然后加入15mL的水，最后将反应釜放到烘箱中，在100℃条件下，反应3天，反应结束后以5℃/h的速率降至室温，得到目标产物。本发明公开的超分子聚合物在用于光催化降解亚甲基蓝有机污染物中具有很好的光反应催化活性，可以使废水中的亚甲基蓝污染物基本降解完全。

Description

具有光催化降解废水中有机污染物的超分子聚合物及其制备 方法和应用

技术领域

本发明涉及一种超分子聚合物，具体涉及一种具有光催化降解废水中有机污染物的超分子聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

21世纪随着全球工业化进程的快速推进,环境污染问题日益严重，逐渐成为影响人类生存与发展的重要问题。光催化以其室温深度反应和可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能，而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。光催化反应是利用光能进行物质转化的一种方式，是光和物质之间相互作用的多种方式之一，是物质在光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。光催化降解处理废水技术被认为是解决环境污染问题的最有应用前景的技术之一，已成为环境领域的研究热点。

目前，超分子作为一种新型分子功能材料，不仅具有丰富的拓扑结构和多样的堆积方式，而且在有机废水的处理、光催化性能领域具有巨大的应用潜力。晶体工程涉及分子或化学基团在晶体中的行为、晶体的设计、结构与性能的控制以及晶体结构预测，它是实现从分子到功能材料的一条重要途径。而设计与合成结构新颖且在环境领域内具有潜在应用价值的超分子和无机-有机杂化材料是晶体工程学研究的两个重要的方面。

发明内容

本发明的目的是提供一种有机-无机杂化超分子聚合物，以实现光催化降解周围环境中，尤其是废水中有机染料降解的目的。本发明通过设计合成一种具有新构型的多络合点N-杂环阳离子作为有机模板剂与碘化铅进行分子组装，合成结构新颖的具有良好光催化性能的超分子聚合物。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的具有光催化降解废水中有机污染物的超分子聚合物的结构式如下：

。

本发明所述超分子聚合物的晶体属于单斜晶系，空间群为P21/n，晶胞参数为，a=11.140(5)，b=23.478(10)，c=13.342(6)，β=92.663(5)，每个铅原子与六个碘原子配位，形成三聚体。

本发明所述的超分子聚合物的制备方法包括以下步骤：

a、将碘化铅, 1，3，5-三（N-吡啶甲基）苯•三溴盐, 碘化钾按照461:594:664的质量比加入到25 mL的反应釜中(最好是水热反应釜)，然后加入15-20 mL的水，进行磁力搅拌后，随后将反应釜放入烘箱中，控制温度为100-120℃，反应3-5天；

b、反应完以后，以5℃/h的速率降至室温，得到黄色棒状晶体，用蒸馏水、无水乙醇洗涤，干燥，得到所述超分子聚合物。

本发明中所述反应釜是采用聚四氟乙烯材料制备而成。

本发明所述超分子聚合物应用在催化光降解废水中亚甲基蓝反应中作为光催化剂使用。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的超分子聚合物能够通过常见的水热法工艺制备，制备方法简单、易行，为催化降解废水中的有机染料提供了新的选择，同时拓展了超分子聚合物的应用价值。

2、本发明的超分子聚合物稳定性比较好，不溶于常见的有机溶剂，如乙腈、甲醇、乙醇、四氢呋喃等，同时在亚甲基蓝的光催化降解中，在保证催化效果基本不变的情况下，可以多次循环催化降解（如图7），说明其具有很高的催化活性和环保性。

附图说明

图1为本发明超分子聚合物的结构图。

图2为本发明超分子聚合物的紫外漫反射图。

图3为本发明超分子聚合物的PXRD（X-射线粉末衍射图）。

图4为本发明超分子聚合物的光催化降解亚甲基蓝的吸光度变化图。

图5为空白对照实验亚甲基蓝的吸光度变化图。

图6为本发明超分子聚合物的光催化降解亚甲基蓝浓度变化图。

图7为本发明超分子聚合物的光催化降解亚甲基蓝3次循环浓度变化图。

图8为本发明超分子聚合物的热稳定图。

具体实施方式

本发明以下将结合实例作进一步描述：

实施例1：

将碘化铅(0.0461g, 0.1 mmol), 1，3，5-三（N-吡啶甲基）苯•三溴盐(0.0594g,0.1 mmol), 碘化钾 (0.664g, 0.4 mmol) 加入到25 mL的聚四氟乙烯的反应釜中，然后加入15mL的水，磁力搅拌2小时，随后将反应釜放入烘箱中，控制温度为100℃，反应3天，反应完以后，以5℃/h的速率降至室温，得到黄色棒状晶体，用蒸馏水、无水乙醇洗涤，干燥，得到目标产物，称重。

产率：72%（基于Pb计算得到）。

分子式：C48H48I12N6Pb3，元素分析（%），理论值为：H：1.69，C：20.17， N：2.94，实际测量值为：H，1.54，C：20.25，N：2.79。

对产物进行红外和X-射线单行衍射进行表征，具体结果如下：

红外数据：3413(m), 3048(m), 2067(s), 1628(s), 1482(s), 1120(s), 1026(w), 751(m), 680(s), 550(w) cm-1。

本发明中超分子聚合物的各项晶体学参数详见下表：

实施例2：本发明超分子聚合物的制备。

将碘化铅(0.0461g, 0.1 mmol), 1，3，5-三（N-吡啶甲基）苯•三溴盐(0.0594g,0.1 mmol), 碘化钾 (0.664g, 0.4 mmol) 加入到25 mL的聚四氟乙烯的水热反应釜中，然后加入20 mL的水，磁力搅拌2小时，随后将反应釜放入烘箱中，控制温度为110℃，反应4天，反应完以后，以5℃/h的速率降至室温，得到黄色棒状晶体，用蒸馏水、无水乙醇洗涤，干燥，得到目标产物，称重。

产率：53%（基于Pb计算得到）。

红外数据： 3413(m), 3048(m), 2066(s), 1627(s), 1482(s), 1119(s), 1026(w), 751(m), 678(s), 550(w) cm-1。

实例3：本发明超分子聚合物的制备。

将碘化铅 (0.0461g, 0.1 mmol), 1，3，5-三（N-吡啶甲基）苯•三溴盐(0.0594g,0.1 mmol), 碘化钾 (0.664g, 0.4 mmol) 加入到25 mL的聚四氟乙烯的反应釜中，然后加入18 mL的水，磁力搅拌5小时，随后将反应釜放入烘箱中，控制温度为120℃，反应5天，反应完以后，以5℃/h的速率降至室温，得到黄色棒状晶体，用蒸馏水、无水乙醇洗涤，干燥，得到目标产物，称重。

产率：62%（基于Pb计算得到）。

红外数据：3412(m), 3046(m), 2067(s), 1625(s), 1482(s), 1119(s), 1026(w), 751(m), 680(s), 549(w) cm-1。

实施例4：本发明实例1的超分子聚合物光催化降解亚甲基蓝（MB）。

首先配制浓度为1.0×10-5 mol L-1的MB溶液100 mL，称取上述超分子聚合物50mg作为催化剂加入到MB溶液中，为了确保吸附平衡，在暗处磁力搅拌30 min，然后用500 W高压汞灯照射，不加任何催化剂的MB溶液做空白对照试验，每间隔15分钟，取3mL溶液进行分析，做溶液的紫外吸收光谱，如图4，5所示，然后再做浓度比值C/C0对时间t的曲线(C0为MB的初始浓度，C是时间为t时MB的浓度)，如图6所示。

Claims (2)

1.一种具有光催化降解废水中有机污染物的超分子聚合物,其特征在于：所述超分子聚合物的结构式如下：

所述超分子聚合物的晶体属于单斜晶系，空间群为P21/n，晶胞参数为，a=11.140(5)，b=23.478(10)，c=13.342(6)，β=92.663(5)，每个铅原子与六个碘原子配位，形成三聚体；所述超分子聚合物在催化光降解废水中亚甲基蓝反应中作为光催化反应剂使用。

2.一种用于制备权利要求1所述的超分子聚合物的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

a、将碘化铅, 1，3，5-三（N-吡啶甲基）苯•三溴盐, 碘化钾按照461:594:664的质量比加入到25 mL的反应釜中，然后加入15-20 mL的水，进行磁力搅拌后，随后将反应釜放入烘箱中，控制温度为100-120℃，反应3-5天；

b、反应完以后，以5℃/h的速率降至室温，得到黄色棒状晶体，用蒸馏水、无水乙醇洗涤，干燥，得到所述超分子聚合物。