CN115672405A - 一种催化材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料技术领域，且公开了一种催化材料及其制备方法，所述催化材料包括以下的原料：BiOBr前驱体溶液和ZIF‑8前驱体溶液，所述BiOBr前驱体溶液中BiOBr的质量与所述ZIF‑8前驱体溶液ZIF‑8质量之比为1:7%‑11%。本发明实施例提供的催化材料同时具备优异的光催化性能降解和产H₂O₂的性能，通过采用BiOBr前驱体溶液和ZIF‑8前驱体溶液作为原料，制备得到的催化材料可以用于降解苯酚和双酚A以及光催化产H₂O₂。而提供的制备方法简单，制备的催化材料的吸收光谱范围广，性能稳定，无毒，成本低廉，解决了部分现有金属有机骨架材料在水中易团聚，并能解决污染物降解和产H₂O₂的问题。

Description

一种催化材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体为一种催化材料及其制备方法。

背景技术

环境和能源作为人类社会可持续发展涉及的主要问题，受到了人们的广泛关注，而酚类是一种芳香族碳氢化合物的含氧衍生物，具有毒性大、难降解性等特点，酚类的存在会对人类和水生物均带来不通程度的危害；目前，现有的常用处理手段分别有利用光催化剂过氧化氢在紫外光或可见光的作用下对酚类废水或空气进行降解，利用溴化氧铋BiOBr的低成本、高稳定性、可见光响应和多样的微观结构等特点作为催化剂载体，或是利用金属有机骨架MOF的高比表面积、孔径可调节优点成为废水处理的优质材料；

但依据实际的使用，总结出存在的下列问题：H₂O₂是通过蒽醌法和电催化法氧化产生的，但传统方法成本高且途径复杂；溴化氧铋BiOBr中的电子空穴易复合；金属有机骨架MOF在水中易团聚大大减少了其表面积；因此，设计一种复合材料能同时解决两种催化剂的缺点，并能进行污染物降解和产H₂O₂成为目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种催化材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种催化材料，催化剂材料是一种名为BiOBr/ZIF-8/ZnO光催化剂，所述BiOBr/ZIF-8/ZnO光催化剂由ZIF-8、ZnO和BiOBr组合而成，所述BiOBr前驱体溶液（即溶液X）中BiOBr的质量与ZIF-8的前驱体溶液ZIF-8质量之比为1:7%-11%，所述BiOBr和ZIF-8的质量比为1:9%；所述BiOBr/ZIF-8/ZnO光催化剂对20mgL⁻¹的苯酚去除率为84.37%，对20 mgL⁻¹的双酚A的去除率为85.77%，H₂O₂的产量为116.38mmol·L⁻¹·g⁻¹。

优选地，所述ZIF-8对20 mg L⁻¹苯酚的去除率为0.37%，对20 mg L⁻¹的双酚A去除率为4.64%，H₂O₂产量为0.76 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

优选地，所述ZIF-8/ZnO对20 mg L⁻¹苯酚的去除率为3.79%，对20 mg L⁻¹的双酚A去除率为6.25%，H₂O₂产量为0.76 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

优选地，所述BiOBr对20 mg L⁻¹苯酚的去除率为39.53%，对20 mg L⁻¹的双酚A去除率为57.26%，H₂O₂产量为82.77 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

优选地，其催化条件包括紫外线直射或可见光直射，其催化时长为2小时。

优选地，所述BiOBr/ZIF-8/ZnO光催化剂可以对废水进行处理。

优选地，所述具体步骤如下：

S1，ZIF-8的制备：将硝酸锌和2-甲基咪唑分别加入至甲醇中并标记为溶液A和溶液B，将A和B溶液混合搅拌、离心分离和甲醇洗，最终干燥后得到ZIF-8；

S2，ZIF-8/ZnO的制备：将ZIF-8加入到水和乙二醇中后转入聚四氟乙烯水热反应釜中，在磁力搅拌和自然冷却后得到；

S3，BiOBr的制备：将硝酸铋和溴化钾分别加入到水和乙二醇中记为溶液X，磁力搅拌至混合均匀转入聚四氟乙烯水热反应釜，而后经过自然冷却，水和乙醇洗得到；

S4，BiOBr/ZIF-8/ZnO的制备：将ZIF-8按不同质量分批加入到溶液X中，继续水热反应，在冷却后进行二甲基甲酰胺DMF和乙醇洗，真空干燥后得到样品。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例提供的催化材料同时具备优异的光催化性能降解和产H₂O₂的性能，通过采用BiOBr前驱体溶液和ZIF-8前驱体溶液作为原料，制备得到的催化材料可以用于降解苯酚和双酚A以及光催化产H₂O₂。而提供的制备方法简单，制备的催化材料的吸收光谱范围广，性能稳定，无毒，成本低廉，可用于降解难生物降解的有机污染物，解决了部分现有金属有机骨架材料在水中易团聚，并能解决污染物降解和产H₂O₂的问题。

附图说明

图1是本发明实施例1、实施例2和实施例3制得的光催化剂光催化剂的XRD图谱；

图2是本发明实施例4制得的光催化剂光催化剂的XRD图谱；

图3是本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制得的光催化剂降解苯酚的曲线；

图4是本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制得的光催化剂降解双酚A的曲线；

图5是本发明实施例1、实施例2、实施例3和实施例4制得的光催化剂产H₂O₂曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将1.19 g的硝酸锌加入到50 mL甲醇中，标记为溶液A；1.22 g的2-甲基咪唑加入到50 mL的甲醇中，标记为溶液B；将溶液A和B混合，室温下搅拌24 h，经过离心分离，甲醇洗，60℃下干燥至恒重，得到ZIF-8；在LED灯的照射下降解苯酚（20 mg L⁻¹）2小时的去除率为0.37%，降解双酚A（20 mg L⁻¹）2小时的去除率为4.64%，2小时H₂O₂产量为0.76 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

实施例2

将称取一定量的ZIF-8加入到12mL水和28mL乙二醇中，再转入聚四氟乙烯水热反应釜中，在110℃下磁力搅拌反应8h，然后自然冷却至室温，得到ZIF-8/ZnO，标记为ZZ-110；在LED灯的照射下降解苯酚（20 mg L−⁻¹）2小时的去除率为3.79%，降解双酚A（20 mg L⁻¹）2小时的去除率为6.25%，2小时H₂O₂产量为0.76 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

实施例3

将称取2.328g的硝酸铋和0.5712g的溴化钾加入到12mL水和28mL乙二醇中，标记为溶液X；磁力搅拌至混合均匀，再转入聚四氟乙烯水热反应釜中，在110℃下磁力搅拌反应8 h，然后自然冷却至室温，水和乙醇洗，得到BiOBr；在LED灯的照射下降解苯酚（20 mg L⁻¹）2小时的去除率为39.53%，降解双酚A（20 mg L⁻¹）2小时的去除率为57.26%，2小时H₂O₂产量为82.77 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

实施例4

将一定量的ZIF-8（0.078 g， 0.089 g，0.01 g，0.11 g，0.12 g）加入到步骤（3）中的溶液X中，继续进行水热110℃下反应8 h，冷却后进行DMF和乙醇洗，60℃真空干燥至恒重，得到的样品分别标记为BZ-7，BZ-8，BZ-9，BZ-10，BZ-11；最佳的样品在LED灯的照射下降解苯酚（20 mg L⁻¹）2小时的去除率为84.37%，降解双酚A（20 mg L⁻¹）2小时的去除率为85.77%，2小时H₂O₂产量为116.38 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种催化材料，催化剂材料是一种名为BiOBr/ZIF-8/ZnO光催化剂，其特征在于：所述BiOBr/ZIF-8/ZnO光催化剂由ZIF-8、ZnO和BiOBr组合而成，所述BiOBr前驱体溶液中BiOBr的质量与ZIF-8的前驱体溶液ZIF-8质量之比为1:7%-11%，所述BiOBr和ZIF-8的质量比为1:9%；所述BiOBr/ZIF-8/ZnO光催化剂对20 mgL⁻¹的苯酚去除率为84.37%，对20 mgL⁻¹的双酚A的去除率为85.77%，H₂O₂的产量为116.38 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

2.根据权利要求1所述的一种催化材料，其特征在于：所述ZIF-8对20 mg L⁻¹苯酚的去除率为0.37%，对20 mg L⁻¹的双酚A去除率为4.64%，H₂O₂产量为0.76 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

3.根据权利要求1所述的一种催化材料，其特征在于：所述ZIF-8/ZnO对20 mg L⁻¹苯酚的去除率为3.79%，对20 mg L⁻¹的双酚A去除率为6.25%，H₂O₂产量为0.76 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

4.根据权利要求1所述的一种催化材料，其特征在于：所述BiOBr对20 mg L⁻¹苯酚的去除率为39.53%，对20 mg L⁻¹的双酚A去除率为57.26%，H₂O₂产量为82.77 mmol·L⁻¹·g⁻¹。

5.根据权利要求1-4所述的一种催化材料，其特征在于：其催化条件包括紫外线直射或可见光直射，其催化时长为2小时。

6.根据权利要求1所述的一种催化材料，其特征在于：所述BiOBr/ZIF-8/ZnO光催化剂可以对废水进行处理。

7.一种制备权利要求1所述的催化材料的制备方法，其特征在于：所述具体步骤如下：

S1，ZIF-8的制备：将硝酸锌和2-甲基咪唑分别加入至甲醇中并标记为溶液A和溶液B，将A和B溶液混合搅拌、离心分离和甲醇洗，最终干燥后得到ZIF-8；

S2，ZIF-8/ZnO的制备：将ZIF-8加入到水和乙二醇中后转入聚四氟乙烯水热反应釜中，在磁力搅拌和自然冷却后得到；

S3，BiOBr的制备：将硝酸铋和溴化钾分别加入到水和乙二醇中记为溶液X，磁力搅拌至混合均匀转入聚四氟乙烯水热反应釜，而后经过自然冷却，水和乙醇洗得到；

S4，BiOBr/ZIF-8/ZnO的制备：将ZIF-8按不同质量分批加入到溶液X中，继续水热反应，在冷却后进行二甲基甲酰胺DMF和乙醇洗，真空干燥后得到样品。

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