CN113171797A - 一种基于二茂铁改性的共价有机框架材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于二茂铁改性的共价有机框架材料的制备方法,将单体三醛基间苯三酚、对苯二胺和二茂铁甲酸溶解在1,4‑二氧六环、均三甲苯和乙酸混合溶液中,然后加热至120℃保持72h,得到COFTppa‑Fc(COOH)复合材料;及依该方法制备的产品和用途。依该方法得到的复合材料具有如下优点:1)在相同条件下,COFTppa‑Fc(COOH)复合材料的稳定性良好;2)COFTppa‑Fc(COOH)体系降解的pH范围广;3)COFTppa‑Fc(COOH)体系具有较好的电荷分离效率,材料的催化性能好,催化剂用量少;4)该催化体系具有良好的回收利用率。
Description
技术领域
本发明属于共价有机框架材料用于光催化降解技术领域,具体涉及一种基于二茂铁改性的共价有机框架材料及其制备方法和应用。
背景技术
共价有机框架材料(COFs)是一种高比表面积的多孔材料,具有高的热稳定和化学稳定性,易于多功能化修饰,已广泛用于催化、气体贮存等领域。由于COFs合成困难和COFs水稳定性差,目前将COFs应用于环境去除方面的研究并不多;同时COFs材料作为一种新型非金属有机半导体,光照时,会产生光生电子-空穴对,复合率很高。二茂铁(Fc),是一种有机过渡金属化合物,具有氧化还原的可逆特性,水溶性差,高度的热稳定性和化学稳定性,生物相容性好。此外,Fc具有良好的吸光特性,广泛应用于工业、医药、航天、环保等。
发明内容
本发明的第一个目的是为了提供一种基于二茂铁改性的共价有机框架材料的制备方法,二茂铁甲酸分子通过一锅法包封到共价有机框架中,解决了传统的均相Fenton体系处理实际废水中适用pH值范围狭窄,催化能力差的问题,丰富了共价有机框架材料在光催化领域的催化剂种类。
本发明的第二个目的是提供依上述方法得到的复合材料。
本发明的第三个目的是提供上述复合材料的用途。
本发明的目的通过以下技术方案来具体实现:
一种基于二茂铁改性的共价有机框架材料的制备方法,将单体三醛基间苯三酚、对苯二胺和二茂铁甲酸溶解在1,4-二氧六环、均三甲苯和乙酸混合溶液中,然后加热至120℃保持72h,得到COFTppa-Fc(COOH)复合材料。
进一步的,单体溶解在混合溶液后,得到的混合物进行脱气,然后在室温下超声。
作为优选的,所述三醛基间苯三酚、对苯二胺和二茂铁甲酸的重量比为126:96:88。
作为优选的,所述1,4-二氧六环、均三甲苯和乙酸的体积比为3:3:1,所述乙酸为6mol/L乙酸溶液。
依上述任一方法得到的复合材料。
上述复合材料在降解有机污染物亚甲基蓝中的应用。
进一步的,将复合材料加入亚甲基蓝水溶液中,在黑暗条件下搅拌达到吸附解吸平衡后,在光照条件下加入H2O2进行亚甲基蓝的降解。
作为优选的,降解条件为pH值7.0,复合材料的添加量为0.5g/L,H2O2的浓度为32mmol/L。
本发明中2D共价有机框架COFTppa与Fc(COOH)通过氢键作用形成COF基复合材料,由于Fc(COOH)的引入可以有效的抑制光生电子和空穴的复合,促进了光生电荷的快速转移,提高了光催化性能,通过多相光催化-芬顿协同降解有机污染物亚甲基蓝,具有优异的降解效果,同时多相体系可以实现催化剂的循环使用,避免了铁泥污染。
本发明具有以下有益效果:
本发明提供的基于二茂铁改性的共价有机框架材料的制备方法,得到的复合材料具有如下优点:1)在相同条件下,COFTppa-Fc(COOH)复合材料的稳定性良好;2)COFTppa-Fc(COOH)体系降解的pH范围广;3)COFTppa-Fc(COOH)体系具有较好的电荷分离效率,材料的催化性能好,催化剂用量少;4)该催化体系具有良好的回收利用率。
附图说明
图1(a)为COFTppa和COFTppa-Fc(COOH)复合材料的XRD表征,(b)为COFTppa,COFTppa-Fc(COOH),三醛基间苯三酚(Tp)和对苯二胺(Pa)的红外谱图,(c)为COFTppa-Fc(COOH)复合材料的EDS mapping元素分析表征图。
图2为COFTppa-Fc(COOH)复合材料用于降解亚甲基蓝的紫外吸收光谱图。
图3为COFTppa-Fc(COOH)复合材料在降解亚甲基蓝时投加量的浓度优化图。
图4为COFTppa-Fc(COOH)复合材料连续使用五次的回收利用图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例中用到的化学原料均为市场可得产品。
实施例1
COFTppa-Fc(COOH)复合材料的制备
将三醛基间苯三酚(Tp,126mg,0.6mmol)和对苯二胺(Pa,96mg,0.9mmol)和二茂铁甲酸Fc(COOH)(88mg)溶解在3mL 1,4-二氧六环、3mL均三甲苯中并向混合溶液中添加1mL6mol/L乙酸,通过3次冻泵-解冻循环彻底脱气,混合物在室温下超声30min。然后,将混合物转移至烘箱中120℃下的反应釜中保持3天,收集的粉末用DMF(3次)和丙酮(3次)洗涤,真空干燥24h,即得COFTppa-Fc(COOH)复合材料。
对比例1
与实施例1的不同之处在于,不加入二茂铁甲酸Fc(COOH),其余步骤与实施例1相同,得到COFTppa材料。
COFTppa-Fc(COOH)复合材料的表征
图1为COFTppa和COFTppa-Fc(COOH)复合材料的XRD表征(a)和红外谱图(b),及COFTppa-Fc(COOH)复合材料的EDS mapping元素分析表征图(c)。通过红外1255(C-N),1578(C=C)键证明了COF材料的成功制备,同时XRD图可以看出COF在小角度4.7°出峰,mapping图可以看出铁元素成功掺杂到复合材料中。
COFTppa-Fc(COOH)复合材料的降解效果实验
①实施例1制备的COFTppa-Fc(COOH)复合材料备用。
②将亚甲基蓝配成10mg/L溶液,实验中取20mL亚甲基蓝溶液用于降解。
③实验采用紫外可见光谱仪Agilent-8453用于紫外吸收峰的测定,300W氙灯用于光照过程,磁力搅拌器用于反应过程中的搅拌,加H2O2用于芬顿反应。
④将COFTppa-Fc(COOH)复合材料加入亚甲基蓝水溶液中,在黑暗条件下搅拌达到吸附解吸平衡后,在光照条件下加入H2O2,H2O2浓度为32mmol/L,溶液pH值7.0,测定加入复合材料后亚甲基蓝的降解效果。
⑤固定亚甲基蓝溶液中H2O2浓度和pH,对COFTppa-Fc(COOH)复合材料的浓度进行了优化。
图2为不同时间COFTppa-Fc(COOH)复合材料用于降解亚甲基蓝的紫外吸收光谱图,其中COFTppa-Fc(COOH)复合材料的浓度为0.25g/L。可以看出,COFTppa-Fc(COOH)复合材料在H2O2和光照存在下对亚甲基蓝有很好的降解效果,30min降解率可达97.79%。
图3为COFTppa-Fc(COOH)复合材料在降解亚甲基蓝时投加量的浓度优化图,结果显示催化剂在0.5g/L时降解亚甲基蓝效果最好。
图4为COFTppa-Fc(COOH)复合材料连续使用五次的回收利用图,可以看出,COFTppa-Fc(COOH)有良好的回收利用率。
由以上可知,本发明构建的新型COFTppa-Fc(COOH)光催化-芬顿协同体系,催化效果好,可以有效的抑制光生电子和空穴的复合,易回收利用,丰富了催化剂的使用种类。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于二茂铁改性的共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,将单体三醛基间苯三酚、对苯二胺和二茂铁甲酸溶解在1,4-二氧六环、均三甲苯和乙酸混合溶液中,然后加热至120℃保持72h,得到COFTppa-Fc(COOH)复合材料。
2.根据权利要求1所述的基于二茂铁改性的共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,单体溶解在混合溶液后,得到的混合物进行脱气,然后在室温下超声。
3.根据权利要求1或2所述的基于二茂铁改性的共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述三醛基间苯三酚、对苯二胺和二茂铁甲酸的重量比为126:96:88。
4.根据权利要求1或2所述的基于二茂铁改性的共价有机框架材料的制备方法,其特征在于,所述1,4-二氧六环、均三甲苯和乙酸的体积比为3:3:1,所述乙酸为6mol/L乙酸溶液。
5.依权利要求1-4任一方法得到的复合材料。
6.权利要求5所述的复合材料在降解有机污染物亚甲基蓝中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,将复合材料加入亚甲基蓝水溶液中,在黑暗条件下搅拌达到吸附解吸平衡后,在光照条件下加入H2O2进行亚甲基蓝的降解。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,降解条件为pH值7.0,复合材料的添加量为0.5g/L,H2O2的浓度为32mmol/L。
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