CN107529451A - 采用"一锅法"制备具有一维孔道和催化活性的新型复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有一维孔道和催化活性的新型复合材料合成方法。具体为以室温搅拌法制备具有一维孔道的MIL‑53多孔吸附材料，并向反应液中加入钛酸丁酯，搅拌数小时后，最终制备成具有一维孔道和催化活性的新型TiO2‑MIL‑53的复合材料。本方法工艺简单，容易操作。经过吸附和降解实验表明，本方法制备复合材料结构规则，孔容量大，对有机物的降解效果良好。此方法中，TiO2和MIL‑53的添加比例无任何限制，可根据研究需要或实际应用需要采用任何比例进行包覆。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有一维孔道和催化活性的新型复合材料合成方法，这种复合材料为负载了二氧化钛(TiO2)纳米晶的具有一维孔道结构的MIL-53颗粒，采用室温磁力搅拌法制备MIL-53纳米晶的同时，采用“一锅法”对其表面包覆纳米二氧化钛壳层，最终得到新型复合材料，并以此发展一种快速简易的有机物吸附和降解新方法。
背景技术
MIL-53是一类由金属离子和有机配体通过自组装作用形成的具有一维孔道结构的柔性骨架多孔吸附材料。MIL-53具有规则的一维孔道结构，超大的比表面积(BET比表面积高达1200m2/g)，良好的热稳定性和溶剂稳定性等显著优点，因此，已被广泛使用于样品吸附领域。本发明采用MIL-53这种新型的一维孔道多孔吸附材料作为吸附剂，来制备用于富集和催化降解有机物的新型复合材料。
自半导体材料用于催化降解有机物取得突破性进展以来，二氧化钛因其催化活性高、化学和生物惰性好、对人体无毒、价廉等独特优点，成为近年来研究最活跃的催化材料。与常规尺寸的二氧化钛相比，纳米二氧化钛具有更高的催化活性和选择性，能够形成强氧化-还原体系，将不易氧化或难以降解的物质氧化分解，该技术已广泛应用于处理染料、造纸等行业产生的有机废水。然而，由于粒径极小，纳米二氧化钛在氧化过程中极易发生流失，因此，寻找能够固定纳米二氧化钛的载体，将吸附、氧化分解结合起来，才更有利于实际生产中的广泛应用。
本发明所设计的新型复合材料是采用具有一维孔道的多孔材料MIL-53作为吸附基体，在多孔MIL-53纳米晶合成的同时，采用“一锅法”对其表面包覆具有催化降解活性的纳米二氧化钛壳层，最终制成了具有一维孔道和催化活性的新型复合材料。本发明的目的在于结合上述两种材料各自的特点和优势，制备一种新型的多功能型复合材料，并将其应用于污水或废水中有机物的吸附和降解过程中。
发明内容
为实现本发明所提供的技术方案是：
以室温搅拌法制备MIL-53多孔吸附材料，并在反应液搅拌一定时间后，将钛酸丁酯加入到反应液中并不断搅拌，最终合成纳米二氧化钛和MIL-53的复合材料。将复合材料洗涤，净化，活化后，即得到了具有一维孔道和催化活性的新型复合材料。
经过吸附实验表明，本方法制备的TiO2-MIL-53复合材料结构规则，孔容量大，对有机物的吸附和催化降解性能良好。
其中，TiO2-MIL-53复合材料的合成方法为：将硝酸铝，对苯二甲酸溶解于DMF中，超声使其分散后，将混合溶液转移至单口玻璃反应瓶中，进行搅拌反应。反应一段时间后，向反应液中加入钛酸丁酯，并在磁力搅拌条件下，继续反应若干小时。反应结束后，离心即可得到淡黄色固体。
TiO2-MIL-53复合材料的活化方法：将上述淡黄色固体用乙醇洗涤数次，并将固体置于烘箱中烘干，随后在烘箱中高温活化数小时。
TiO2-MIL-53复合材料的使用方法：将经过洗涤，烘干，活化后的复合材料加入到含有有机物或有机染料的废水中，同时对样品溶液进行机械搅拌，使复合材料能够与样品溶液进行充分的接触，同时用高压汞灯对样品溶液进行照射。同时，可以采用气相色谱法，液相色谱法，光谱分析法等，对样品溶液中有机物或有机染料的含量进行测定。
本发明采用具有一维孔道结构的多孔材料MIL-53作为吸附基体，在其晶体表面包覆对有机物具有催化降解活性的TiO2纳米晶，制成了具有一维孔道和催化活性的新型复合材料。本发明所涉及的新型复合材料对污水或废水中的有机物具有良好的吸附和降解效果，在实际生产或生活中会具有广泛的应用价值。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步地详细说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例：
以水热法制备具有一维孔道结构的MIL-53多孔吸附材料，采用“一锅法”将纳米二氧化钛包覆于MIL-53吸附材料表面，将复合材料净化，活化后，制备成具有一维孔道和催化活性的新型复合材料：
TiO2-MIL-53复合材料的合成方法为：将1.3克硝酸铝，0.288克对苯二甲酸溶解于20毫升DMF中，超声10分钟使其溶解后，将混合溶液置于50毫升单口圆底烧瓶中，反应2小时。随后向反应液中加入25ml钛酸丁酯室温下搅拌2小时。反应结束后离心即可得到淡黄色固体。
TiO2-MIL-53复合材料的活化方法：将上述淡黄色固体用乙醇洗涤数次，并将固体置于烘箱中60℃烘干，随后在300℃烘箱中活化3小时。
TiO2-MIL-53复合材料的使用方法：将经过洗涤，烘干，活化后的复合材料加入到含有有机物或有机染料的废水中，同时对样品溶液进行机械搅拌，使复合材料能够与样品溶液进行充分的接触，同时用高压汞灯对样品溶液进行照射。同时，可以采用气相色谱法，液相色谱法，光谱分析法等，对样品溶液中有机物或有机染料的含量进行测定。
Claims (4)
1.一种具有一维孔道的MIL-53多孔吸附剂，其特征在于：它是采用室温搅拌法制备得到的淡黄色固体颗粒，此固体颗粒无需进行任何处理，直接可以对其包覆二氧化钛壳层。
2.TiO2-MIL-53复合材料的合成方法，其特征在于：在室温合成MIL-53多孔材料的同时，将钛酸丁酯加入到反应液中，经充分搅拌后，即得到TiO2-MIL-53复合材料。
3.TiO2-MIL-53复合材料的活化方法，其特征在于：所得复合材料需用乙醇洗涤数次，以除去未反应的钛酸丁酯，净化后的复合材料需要300℃高温焙烧数小时以激活纳米TiO2的催化活性。
4.根据权利要求2所述的TiO2-MIL-53复合材料的合成方法，其特征在于：TiO2和MIL-53的添加比例无任何限制，可根据研究需要或实际应用需要采用任何比例进行包覆。
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