CN111659468A - 一种MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MoS2/缺陷型MIL‑100(Fe)的复合催化剂、制备方法及应用。本发明所述的复合催化剂为在MOS2上原位生长MIL‑100(Fe)，得到MoS2/MIL‑100(Fe)材料，将MoS2/MIL‑100(Fe)材料高温活化，得到复合催化剂，所述复合催化剂为MOS2与MIL‑100(Fe)接合而成，所述MOS2与MIL‑100(Fe)的质量比为0.2‑0.8:1。本发明的复合催化剂利用Mo4+的还原作用，同时利用缺陷型MIL‑100(Fe)暴露的铁基活性组分，兼顾了MoS2和缺陷型MIL‑100(Fe)本身良好的物化性质，为类芬顿体系中污染物分子和H2O2分子的扩散提供了有利途径，克服了现有技术中MoS2类复合催化剂对类芬顿的促进作用均需要依赖于光条件的缺陷，促进氧化反应效率，pH适用范围广，在中性pH条件下仍然保持了良好的催化降解性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种芬顿复合催化剂，特别涉及一种MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂、制备方法及应用。
背景技术
磺胺二甲基嘧啶(SMZ)作为一种磺胺类抗生素，主要被作为兽药使用，其在地表水、地下水、土壤中均有检出，引起社会的广泛关注。目前，SMZ虽然在自然水域可通过吸附、光降解和微生物转化等途径自然衰减(半衰期为10h左右)，但是SMZ的持续输入导致其处于“假持久性”状态。另外，微生物长期暴露于含有SMZ的环境中能增加抗生素抗性基因产生的风险。环境中残存的SMZ被吸收进入食物链中，则会对人类健康造成潜在危害。芬顿法由于其操作简便、成本较低成为当前处理抗生素废水的常用方法。在均相芬顿处理过程中由于Fe3+/Fe2+的转化效率低，会产生大量铁泥，造成二次污染。类芬顿技术相比传统的均相芬顿反应，它具有反应pH范围宽、不产生铁泥、H2O2利用率高且易于分离等优点，但是目前制约非均相Fenton催化体系的瓶颈问题仍是Fe3+向Fe2+的还原反应较为缓慢。非均相Fenton体系的反应主要发生在固液界面，增加催化剂对H2O2和污染物的吸附能力也是提高其催化活性的一种有效方式。
与传统的类Fenton催化剂相比，具有特殊结构的MIL-100(Fe)材料具有许多优越的特点，如比表面积大、纳米空穴丰富，孔隙率可调，孔道开放，热稳定性好等。特别是丰富的纳米孔和孔道可以为分子的进入和逃逸提供特别有利的途径，有助于克服催化过程中的传质限制。最重要的是，MIL-100(Fe)中分散良好的铁基金属组分也可以作为催化反应的活性中心。而通过在MOFs材料晶体结构中引入缺陷形成缺陷型MIL-100(Fe)材料，可使得MIL-100(Fe)材料中分散良好的铁基金属活性位点得以充分暴露，进而达到促进其催化活性的目的，可作为良好的类Fenton催化材料在水处理中应用。
二硫化钼(MoS2)是辉钼矿的主要成分，性质较为稳定，不溶于水、稀酸和浓硫酸，一般不溶于其他酸、碱、有机溶剂中，400℃发生缓慢氧化，生成三氧化钼，MoS2的主要应用领域包括加氢脱氮、润滑剂、电储氢、加氢脱硫与光催化剂等领域。在非均相Fenton的废水处理领域，现有技术公开了MoS2作为助催化剂的相关应用，如中国专利CN2019100470194(公开日期为2019年4月9日)公开了一种MoS2增强非均相Fenton光催化剂及其制备方法，该申请制备的催化剂外观呈纤维状，通过改性聚丙烯腈纤维作为载体同时负载MoS2和氯化血红素(hemin)，该申请使用含有偕胺肟基团的改性聚丙烯腈纤维与hemin的DMF/水混合溶液进行反应，再将所得纤维在酸性条件下与钼源四硫代钼酸铵进行反应，得到MoS2增强非均相Fenton光催化剂。该申请中引入的MoS2能够吸收可见光产生光生电子和空穴，并且能够将电子传递于能带匹配的hemin，后者接受光生电子后能够大幅度促进Fe3+向Fe2+的转换，从而克服了Fenton体系中Fe3+/Fe2+循环的瓶颈问题，显著提高其活化H2O2产生含氧自由基并氧化降解有机污染物的速率，然而该催化剂促进类芬顿反应必须借助可见光，在避光条件下不能达到良好的催化效果，因此应用范围受到一定的限制。
发明内容
发明目的：针对现有技术中的非均相Fenton催化体系中Fe3+向Fe2+的还原反应较为缓慢以及对类芬顿反应起促进作用的MoS2助催化剂均需要借助可见光，pH适用范围受限等问题，本发明提供一种克服传质限制以及应用环境更广泛的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂，本发明提供了该催化剂的制备方法及在废水处理领域中的应用。
技术方案：本发明所述的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂，所述复合催化剂为在MOS2上原位生长MIL-100(Fe)，得到MoS2/MIL-100(Fe)材料，将MoS2/MIL-100(Fe)材料高温活化，得到复合催化剂，所述复合催化剂为MOS2与MIL-100(Fe)接合而成，所述MOS2与MIL-100(Fe)的质量比为0.2-0.8:1。
本发明利用MoS2中Mo4+的还原作用，同时利用缺陷型MIL-100(Fe)暴露的铁基活性组分，通过将片状结构的MoS2分布在缺陷型MIL-100(Fe)表面，其MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)复合催化剂材料不仅兼顾了MoS2和缺陷型MIL-100(Fe)本身良好的物化性质，为类芬顿体系中污染物分子和H2O2分子的扩散提供了有利途径，有助于克服去除污染物过程中的传质限制问题。所述复合催化剂的XRD图谱在10.2°、11°、18.2°、20.1°、24°和27°处具有MIL-100(Fe)的特征衍射峰；且在14.38°、32.67°、33.87°、36.23°、39.53°、43.51°和49.79°位置具有MoS2的特征衍射峰。
本发明制备的复合催化剂的XRD图谱与相关文献对比及MDI Jade5.0软件分析，与标准卡片JCPDS 37-1492上的衍射峰出现位置基本吻合。
所述原位生长为在MOS2的分散溶液中，加入FeCl3以及1,4-H2BDC，加热反应。
所述MOS2的分散溶液优选为将MOS2分散到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，得到的MOS2的N,N-二甲基甲酰胺分散溶液。
所述加热反应为8-10小时内逐渐加热到150-200℃，保持12-24h。
所述高温活化为在150-300℃真空条件下，高温激活。
本发明所述的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将MoS2加入到有机溶剂中，搅拌均匀后进行超声，得到MoS2的分散液；
(2)将向步骤(1)所得的MoS2的分散液中加入FeCl3和1,4-H2BDC，将混合溶液进行超声，随后转移至反应釜中；
(3)将步骤(2)中的反应釜加热进行反应，反应结束后，自然冷却，过滤得到沉淀；
(4)将步骤(3)所得的沉淀物进行收集、洗涤和干燥处理，得到MoS2/MIL-100(Fe)材料；
(5)将步骤(4)所得的MoS2/MIL-100(Fe)材料高温激活得到MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂。
步骤(4)中，所述的MoS2/MIL-100(Fe)材料中，MoS2与MIL-100(Fe)质量比为0.2～0.8。
步骤(4)中，高温激活的温度为150～300℃。
步骤(3)中，所述加热为在8-10小时内逐渐加热到150-200℃，并保持12-24h。
本发明的复合催化剂一种优选的制备方法如下：
本发明所述的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(A1)将MoS2加入到N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后进行超声，得到MoS2的分散液；
(B1)将向步骤(A1)所得的MoS2的分散液中加入等摩尔比FeCl3和1,4-H2BDC，将混合溶液进行超声，随后转移至四氟乙烯反应釜中；
(C1)将步骤(B1)中的四氟乙烯反应釜在8小时内逐渐加热到150℃，并保持24h反应结束后，自然冷却，过滤得到沉淀；
(4)将步骤(3)所得的沉淀物进行收集、洗涤和干燥处理，得到MoS2/MIL-100(Fe)材料；
(5)将步骤(4)所得的MoS2/MIL-100(Fe)材料在150～300℃温度下高温激活得到MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂。
步骤(4)中，所述的MoS2/MIL-100(Fe)材料中，MoS2与MIL-100(Fe)质量比为0.2～0.8。
本发明的复合催化剂在废水处理中的应用。
本发明所述的废水处理方法，为采用所述MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂进行废水中磺胺二甲基嘧啶的处理。
具体处理步骤为：
(a)向废水中加入MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂和H2O2，混合均匀得到混合溶液；
(b)在避光条件下，将步骤(a)所得的混合溶液进行类芬顿氧化反应。
优选地，步骤(a)中MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂的投加浓度为0.2～1g/L。
优选地，步骤(a)中类芬顿反应体系的pH为3～7。
本发明的复合催化剂为类芬顿体系中污染物分子和H2O2分子的扩散提供了有利途径，有助于克服去除污染物过程中的传质限制问题；拥有分散性良好且丰富的铁基活性位点的缺陷型MIL-100(Fe)还能够在避光状态下加速类芬顿氧化反应中Fe3+/Fe2+之间的循环，促进氧化反应效率，且本发明的复合催化剂pH适用范围广，在中性pH条件下仍然保持了良好的催化降解性能。
有益效果：(1)本发明的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂，将具有还原作用的MoS2和缺陷MIL-100(Fe)组合，利用缺陷MIL-100(Fe)暴露的铁基组分提供类芬顿催化反应所需的活性位点，同时利用MoS2中Mo4+的还原作用，在反应过程中能够把类芬顿氧化反应中生成的Fe3+迅速还原为Fe2+，加速Fe3+/Fe2+的循环转化，从而催化H2O2产生更多的·OH，突破类芬顿反应的限速步骤，加快水体中有机物的降解速率，实际应用中可以减少铁泥的产生，提高H2O2的利用率，减少铁源的投加量，从而降低处理成本；(2)本发明的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂，在结构上，片状结构的MoS2均匀分布在缺陷MIL-100(Fe)表面，其拥有缺陷MIL-100(Fe)本身固有的大比表面积、丰富的纳米空穴以及暴露出的分散均匀铁基活性位点，大大增加了片状MoS2与缺陷MIL-100(Fe)之间的接触位点，同时增加了复合催化剂与水体中污染物的接触面积；在类芬顿氧化反应过程中，MoS2在缺陷MIL-100(Fe)的表面还原Fe3+，促进Fe3+/Fe2+之间的循环，促进类芬顿氧化反应速率；(3)本发明的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂，可在避光条件下对类芬顿氧化反应起到较好的促进作用，促进Fe3+/Fe2+之间的循环，进而促进类芬顿氧化反应速率，且促进作用在中性条件下均可以快速降解污染物，pH应用范围广泛；克服了现有技术中MoS2类复合催化剂在类芬顿氧化法处理废水时多作为光催化剂，对类芬顿的促进作用均需要依赖于光条件，废水处理中应用受到限制的缺陷；(4)本发明的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂的制备方法，操作步骤简单，其作用于类芬顿反应体系中的铁源来源于缺陷MIL-100(Fe)的金属有机骨架中，稳定性强，可用于废水的处理和资源化综合利用且环境友好性高。
附图说明
图1为实施例1中制备的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂的性状图；
图2为实施例1中制备的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂与单独MOS2以及单独缺陷MIL-100(Fe)对比的XRD图；
图3为为实施例1中制备的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂SEM图，其中，(a)图以及(b)图为实施例1中制备的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂SEM图，(c)图为实施例1制备的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂中Fe的EDX图谱，(d)图为实施例1制备的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂Mo的EDX图谱；
图4为实施例4，实施例5和实施例6中不同pH条件下，不同催化剂投加量，采用MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂降解磺胺二甲基嘧啶的降解效率图；
图5为对比例1，对比例2和对比例3中，单独MoS2材料，单独缺陷MIL-100(Fe)材料以及MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂降解磺胺二甲基嘧啶的降解效率对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1：本实施例的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂的制备过程，包括以下步骤：
(1)取MoS2/MIL-100(Fe)的质量比为0.2，在烧杯中将0.128g MoS2加入到50mL的N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后进行超声5min，得到MoS2的分散液；
(2)向步骤(1)所得的MoS2的分散液中加入0.27g FeCl3·6H2O和0.17g 1,4-H2BDC(对苯二甲酸)，然后将混合溶液进行超声5min，随后转移至干燥的聚四氟乙烯反应釜中。
(3)将步骤(2)中聚四氟乙烯反应釜在8小时内逐渐加热到150℃，并保持24h，自然冷却后，过滤得到沉淀。
(4)将步骤(3)所得的沉淀物通过去离子水，乙醇洗涤去除残留的未反应的反应物和有色杂质，然后在真空干燥箱中以70℃的温度干燥12小时，得到粉末状材料。
(5)将步骤(4)所得处理后的材料放入管式炉中，在250℃真空条件下，高温激活得到类芬顿复合催化剂MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1。
本发明制备的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂的颜色为黑灰色，从图1可以看出，其性状为粉末状。
图2为本实施例制备的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂与MIL-100(Fe)以及MoS2对比的XRD图，其中，图中a为MIL-100(Fe)的XRD图；图中b为MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂的XRD图；图中c为MoS2的标准卡片的XRD图。
本发明的复合催化剂在10.2°、11°、18.2°、20.1°、24°和27°处的特征峰分别与MIL-100(Fe)的相对应，在14.38°、32.67°、33.87°、36.23°、39.53°、43.51°和49.79°的特征峰分别与MoS2的相对应。因此，该复合催化剂具有MoS2和MIL-100(Fe)的特征衍射峰。
图3为本实施例制备的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂的SEM图；其中，图中(a)为MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂中缺陷型MIL-100(Fe)-1的SEM图；图(b)为MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂的SEM图；从图3可知，本发明合成的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂通过将片状结构的MoS2分布在含有微孔结构的缺陷型MIL-100(Fe)-1表面上。
图3中的(c)图以及(d)图为本实施例制备的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂的Fe以及Mo的EDX图谱；从图3可知，MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-1催化剂含有Fe、Mo等元素且分散良好，分散的活性位点有助于加快类芬顿反应的降解。
实施例2：本实施例的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂的制备过程，包括以下步骤：
(1)取MoS2/MIL-100(Fe)的质量比为0.6，在烧杯中将0.384g MoS2加入到50mL的N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后进行超声8min，得到MoS2的分散液；
(2)将向步骤(1)所得的MoS2的分散液中加入0.27g FeCl3·6H2O和0.17g1,4-H2BDC，然后将混合溶液进行超声8min，随后转移至干燥的聚四氟乙烯反应釜中。
(3)将步骤(2)中聚四氟乙烯反应釜在8小时内逐渐加热到150℃，并保持24h。自然冷却后，过滤得到沉淀。
(4)将步骤(3)所得的沉淀物通过去离子水，乙醇洗涤去除残留未反应的反应物和有色杂质，然后在真空干燥箱中以70℃的温度干燥12小时，得到粉末状材料。
(5)将步骤(4)所得处理后的材料放入管式炉中，在300℃真空条件下，高温激活得到类芬顿复合催化剂MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-2。
实施例3：本实施例的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂的制备过程，包括以下步骤：
(1)取MoS2/MIL-100(Fe)的质量比为0.8，在烧杯中将0.512g MoS2加入到50mL的N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后进行超声10min，得到MoS2的分散液；
(2)向步骤(1)所得的MoS2的分散液中加入0.27g FeCl3·6H2O和0.167g1,4-H2BDC，然后将混合溶液进行超声10min，随后转移至干燥的聚四氟乙烯反应釜中。
(3)将步骤(2)中聚四氟乙烯反应釜在8小时内逐渐加热到150℃，并保持24h，自然冷却后，过滤得到沉淀。
(4)将步骤(3)所得的沉淀物通过去离子水，乙醇洗涤去除残留的未反应的反应物和有色杂质，然后在真空干燥箱中以70℃的温度干燥12小时，得到粉末状材料。
(5)将步骤(4)所得处理后的材料放入管式炉中，在150℃真空条件下，高温激活得到类芬顿复合催化剂MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)-3。
实施例4：本实施例为避光条件下，利用实施例1制备的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂用于促进废水处理过程中类芬顿氧化反应的实施例，具体步骤包括：
(1)取100ml，pH值为3，浓度为20mg/L的磺胺二甲基嘧啶的水溶液置于150mL的锥形瓶中，加入100mg实施例1制备的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂，所述复合催化剂浓度为1.0g/L；
(2)再加入45μL H2O2(浓度为300mg/L)，将反应样品放入恒温摇床中避光反应，设置温度为25℃，转速为200r/min，每间隔一定时间取降解样品过0.22μm的滤膜，后立即加入一定量的正丁醇，终止反应进行；随后用高效液相色谱仪检测磺胺二甲基嘧啶浓度。根据公式1计算降解效率：
式中C0和Ct分别为溶液中磺胺二甲基嘧啶的初始及取样时的浓度(mg/L)，实验误差在允许范围内。
从图4可知，在pH＝3时，避光条件下，MoS2/缺陷MIL-100(Fe)/H2O2在60min时几乎完全降解，去除率可达98％。
上述实施例表明本发明的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂在酸性、避光条件下表现出很好的催化活性。
实施例5：本实施例为避光条件下，利用实施例1制备的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂用于促进废水处理过程中类芬顿氧化反应的实施例，具体步骤包括：
(1)取100ml，pH值为6，浓度为20mg/L的磺胺二甲基嘧啶的水溶液置于150mL的锥形瓶中，加入100mg实施例1制备的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-2类芬顿复合催化剂，所述复合催化剂浓度为0.5g/L；
(2)再加入45μL H2O2(浓度为300mg/L)，将反应样品放入恒温摇床中避光反应，设置温度为25℃，转速为200r/min，每间隔一定时间取降解样品过0.22μm的滤膜，后立即加入一定量的正丁醇，终止反应进行；随后用高效液相色谱仪检测磺胺二甲基嘧啶浓度。根据实例4计算降解效率。
从图4可知，在pH＝6时，避光条件下，MoS2/缺陷MIL-100(Fe)/H2O2类芬顿体系在120min时几乎完全降解，去除率可达98％。
上述实施例表明本发明的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂在中性、避光条件下表现出很好的催化活性。
实施例6：本实施例为避光条件下，利用实施例1制备的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-1类芬顿复合催化剂用于促进废水处理过程中类芬顿氧化反应的实施例，具体步骤包括：
(1)取100ml，pH值为7，浓度为20mg/L的磺胺二甲基嘧啶的水溶液置于150mL的锥形瓶中，加入100mg实施例3制备的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)-3类芬顿复合催化剂，所述复合催化剂浓度为0.2g/L；
(2)再加入45μL H2O2(浓度为300mg/L)，将反应样品放入恒温摇床中避光反应，设置温度为25℃，转速为200r/min，每间隔一定时间取降解样品过0.22μm的滤膜，后立即加入一定量的正丁醇，终止反应进行；随后用高效液相色谱仪检测磺胺二甲基嘧啶浓度。根据实例4计算降解效率。
从图4可知，在pH＝7时，避光条件下，MoS2/缺陷MIL-100(Fe)/H2O2类芬顿体系在150min时几乎完全降解，去除率可达98％。
上述实施例表明本发明的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂在中性、避光条件下表现出很好的催化活性。
对比例1：本实施例为避光条件下，利用单独的MoS2催化剂用于促进废水处理过程中类芬顿氧化反应的对比例，具体步骤包括：
(1)取100ml，pH值为6，浓度为20mg/L的磺胺二甲基嘧啶的水溶液置于150mL的锥形瓶中，加入100mg MoS2催化剂，所述催化剂浓度为1.0g/L；
(2)再加入45μL H2O2(浓度为300mg/L)，将反应样品放入恒温摇床中避光反应，设置温度为25℃，转速为200r/min，每间隔一定时间取降解样品过0.22μm的滤膜，后立即加入一定量的正丁醇，终止反应进行；随后用高效液相色谱仪检测磺胺二甲基嘧啶浓度。根据实例4计算降解效率。
结果表明，在pH＝6时，避光条件下，MoS2/H2O2在120min时对磺胺二甲基嘧啶的去除率13％，说明单独的MoS2催化剂对磺胺二甲基嘧啶的降解效率较低。
对比例2：本实施例为避光条件下，利用单独的缺陷MIL-100(Fe)催化剂用于促进废水处理过程中类芬顿氧化反应的对比例，具体步骤包括：
(1)取100ml，pH值为6，浓度为20mg/L的磺胺二甲基嘧啶的水溶液置于150mL的锥形瓶中，加入100mg MIL-100(Fe)催化剂，所述催化剂浓度为1.0g/L；
(2)再加入45μL H2O2(浓度为300mg/L)，将反应样品放入恒温摇床中避光反应，设置温度为25℃，转速为200r/min，每间隔一定时间取降解样品过0.22μm的滤膜，后立即加入一定量的正丁醇，终止反应进行；随后用高效液相色谱仪检测磺胺二甲基嘧啶浓度。根据实例4计算降解效率。
结果表明，在pH＝6时，避光条件下，缺陷MIL-100(Fe)催化剂/H2O2类芬顿体系在120min时对磺胺二甲基嘧啶的去除率为58％，低于MoS2/缺陷MIL-100(Fe)复合催化剂(98％)的降解效率，说明缺陷MIL-100(Fe)复合催化剂具有很好的催化效果。缺陷MIL-100(Fe)中含有类芬顿反应所需的铁基活性位点，可发生类芬顿氧化反应，对磺胺二甲基嘧啶进行降解去除。
对比例3：本实施例为避光条件下，利用物理混合的MoS2和缺陷MIL-100(Fe)催化剂用于促进废水处理过程中类芬顿氧化反应的对比例，具体步骤包括：
(1)取100ml，pH值为6，浓度为20mg/L的磺胺二甲基嘧啶的水溶液置于150mL的锥形瓶中，加入80mg缺陷MIL-100(Fe)催化剂以及20mg MoS2，该对比例中加入MIL-100(Fe)催化剂与MoS2的质量比为10：2，与本实施例1基本一致。
(2)再加入45μL H2O2(浓度为300mg/L)，将反应样品放入恒温摇床中避光反应，设置温度为25℃，转速为200r/min，每间隔一定时间取降解样品过0.22μm的滤膜，后立即加入一定量的正丁醇，终止反应进行；随后用高效液相色谱仪检测磺胺二甲基嘧啶浓度。根据实例4计算降解效率。
结果表明，在pH＝6时，避光条件下，缺陷MIL-100(Fe)催化剂与MoS2物理混合后在120min时对磺胺二甲基嘧啶的降解率为75％，相对于单独的MIL-100(Fe)降解率有所提高但与复合材料的降解性能相差较大。具体对比结果见表1。
表1实施例与对比例对比
本发明的MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂，在结构上，片状结构的MoS2均匀分布在缺陷MIL-100(Fe)表面，因此该催化剂结构具有更大的比表面积，大大增加了MoS2与缺陷MIL-100(Fe)之间的接触位点，同时增加了MoS2与水体中污染物的接触面积；在类芬顿氧化反应过程中，MoS2在缺陷MIL-100(Fe)的表面还原暴露出的Fe3+，促进Fe3+/Fe2+之间的循环，促进类芬顿氧化反应速率。同时，MoS2与缺陷MIL-100(Fe)的物化结构能够促进污染物分子和H2O2的扩散传质，进一步增强了类芬顿反应中H2O2的利用率，加快类芬顿氧化反应速率。而仅仅将MoS2与缺陷MIL-100(Fe)进行物理混合，由于MoS2分散性较差，容易团聚，不易于与缺陷MIL-100(Fe)接触，因此和单独的缺陷MIL-100(Fe)作为催化剂的反应效率相差不大。
Claims (10)
1.一种MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂，其特征在于，所述复合催化剂为在MOS2上原位生长MIL-100(Fe)，得到MoS2/MIL-100(Fe)材料，将MoS2/MIL-100(Fe)材料高温活化，得到复合催化剂，所述复合催化剂为MOS2与MIL-100(Fe)接合而成，所述MOS2与MIL-100(Fe)的质量比为0.2-0.8:1。
2.根据权利要求1所述的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂，其特征在于，所述原位生长为在MOS2的分散溶液中，加入FeCl3以及1,4-H2BDC，加热反应。
3.根据权利要求2所述的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂，其特征在于，所述加热反应为8-10小时内逐渐加热到150-200℃，保持12-24h。
4.根据权利要求1所述的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂，其特征在于，所述高温活化为在150-300℃真空条件下，高温激活。
5.一种如权利要求1-4任一所述的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将MoS2加入到有机溶剂中，搅拌均匀后进行超声，得到MoS2的分散液；
(2)将向步骤(1)所得的MoS2的分散液中加入FeCl3和1,4-H2BDC，将混合溶液进行超声，随后转移至反应釜中；
(3)将步骤(2)中的反应釜加热进行反应，反应结束后，自然冷却，过滤得到沉淀；
(4)将步骤(3)所得的沉淀物进行收集、洗涤和干燥处理，得到MoS2/MIL-100(Fe)材料；
(5)将步骤(4)所得的MoS2/MIL-100(Fe)材料高温激活得到MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂。
6.根据权利要求5所述的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的MoS2/MIL-100(Fe)材料中，MoS2与MIL-100(Fe)质量比为0.2～0.8。
7.根据权利要求5所述的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，高温激活的温度为150～300℃。
8.根据权利要求5所述的MoS2/缺陷型MIL-100(Fe)的复合催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述加热为在8-10小时内逐渐加热到150-200℃，并保持12-24h。
9.根据权利要求1-4任一所述的复合催化剂在废水处理中的应用。
10.一种废水处理方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一所述MoS2/缺陷MIL-100(Fe)类芬顿复合催化剂进行废水中磺胺二甲基嘧啶的处理。
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| CN202010553521.5A Active CN111659468B (zh) | 2020-06-17 | 2020-06-17 | 一种MoS2/缺陷型MIL-101(Fe)的复合催化剂、制备方法及应用 |
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| CN (1) | CN111659468B (zh) |
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2020
- 2020-06-17 CN CN202010553521.5A patent/CN111659468B/zh active Active
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| CN111659468B (zh) | 2023-06-20 |
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