本发明专利技术公开了一种可磁回收的Fe‑MOF光催化剂的制备方法及其应用，制备方法包括：(1)将2‑MI均匀分散于甲醇中，得2‑MI溶液；将Fe(NO3)3均匀分散于甲醇中得Fe3+溶液；(2)将所得2‑MI溶液逐滴加入所得Fe3+溶液中，搅拌混匀得悬浊液；(3)悬浊液依次经静置、洗涤和真空干燥后得Fe‑MOF光催化剂。本发明专利技术光催化剂的制备方法简单，原料价格低廉，光生空穴和电子易于分离，并且该催化剂具有一定的磁性，能通过外加磁场实现分离回收，具有很高的经济效益。
Preparation and application of a magnetically reclaimed Fe-MOF photocatalyst
The invention discloses a preparation method and application of magnetically recoverable Fe_MOF photocatalyst. The preparation method includes: (1) homogeneously dispersing 2_MI in methanol to obtain 2_MI solution; homogeneously dispersing Fe(NO3) 3 in methanol to obtain Fe 3+ solution; (2) adding the obtained 2_MI solution dropwise to the obtained Fe 3+ solution, stirring and mixing to obtain suspension. Liquid (3) Fe MOF photocatalyst was obtained after static suspension, washing and vacuum drying. The preparation method of the photocatalyst is simple, the raw material price is low, the photogenerated holes and electrons are easy to be separated, and the catalyst has certain magnetism, and can be separated and recovered through an external magnetic field, thus having high economic benefit.
【技术实现步骤摘要】
一种可磁回收的Fe-MOF光催化剂的制备方法及其应用
本专利技术涉及光催化材料
，尤其是可见光响应光催化材料
，具体涉及一种新型Fe-MOF光催化剂的制备方法及应用。
技术介绍
近年来，由于各种工业、农业和采矿过程中产生的污染物质过度排放，全球环境受到有毒重金属的严重污染。铬(Cr)是表面和地下水中常见的污染物，它广泛应用于电镀，皮革鞣制，印刷，颜料，抛光等行业。Cr(VI)污染的水生生态系统和饮用水源会导致严重腹泻和膀胱癌，肝癌，肾癌和皮肤癌，严重威胁到环境和人体健康。即使在相对较低的浓度下，由于Cr(VI)的高毒性、致癌性和通过食物链的生物富集作用，Cr(VI)仍会对人体造成很大危害。Cr(III)对环境友好，对植物和人类生命有着重要作用，所以将Cr(VI)还原成Cr(III)被认为是去除废水中Cr(VI)的有效策略。而利用光催化剂进行光催化反应，条件温和、无二次污染。光催化方法是基于在催化材料的能量大于催化带隙的光照射下产生的电子-空穴对(e--h+)，迁移到催化剂表面的这些电子能够在溶液中将Cr(VI)还原成为Cr(III)。许多研究人员报道了TiO2光催化还原Cr(VI)，但TiO2的应用受其宽禁带宽度(3-3.2eV)的限制，只能吸收紫外光。具有可见光活性的光催化剂如CdS，SnS2，Ag2S和WO3已被广泛报道，但这些光催化剂对还原Cr(VI)的活性不是很高，还原过程通常需要很长时间。另一方面，硫化物材料由于光腐蚀通常不足够作光催化剂，并且由于其高毒性而可能造成二次污染。因此，探索新型可见光活性光催化剂是很有必要的。金属-有机骨架(MOFs)是由金属-氧簇和有机结构单元组成的一类杂化多孔材料，具有广泛的应用前景，尤其是MOFs在光催化领域的应用前景目前越来越受到关注。与传统的光催化剂相比，MOFs具有理想的拓扑结构和高表面积，并且，MOFs的带隙与HOMO-LUMO间隙密切相关，HOMO-LUMO间隙可通过合成过程中无机单元或有机连接子的合理修饰灵活调整，从而实现对可见光的有效捕集。事实上，一些MOFs如钛、锆和铁基MOF已被证明具有光催化活性，被用于染料降解，裂解水和二氧化碳还原等。其主要的催化机理涉及光致电子从光激发的有机连接体转移到MOFs中的金属-氧化团簇和通过金属-氧化团簇的直接激发。尽管迄今取得了很大的进展，但MOFs的光催化性能还没有得到充分的发挥。尤其是关于应用MOFs对光催化还原Cr(VI)的研究还很少，而且目前制备的很多MOFs光催化剂的回收和分离能力并没有得到重视，成本问题也抑制了MOFs光催化剂的研究。因此，在已经研究的MOFs基础上，通过对有机配体和金属中心原子的调整，制备高可见光响应的MOF光催化剂，实验对含铬废水的高效降解，具有很高的研究价值。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可磁回收的Fe基MOF光催化剂的制备方法及应用，光催化剂的制备方法简单，原料价格低廉，光生空穴和电子易于分离，并且该催化剂具有一定的磁性，能通过外加磁场实现分离回收，具有很高的经济效益。一种可磁回收的Fe-MOF光催化剂，其特征在于，具有以式(Ⅰ)表示的原子比组成：[Fe(2-mim)3·nH2O](Ⅰ)一种可磁回收的Fe-MOF光催化剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将2-MI均匀分散于甲醇中，得2-MI溶液；将Fe(NO3)3均匀分散于甲醇中得Fe3+溶液；(2)将所得2-MI溶液逐滴加入所得Fe3+溶液中，搅拌混匀得悬浊液；(3)悬浊液依次经静置、洗涤和真空干燥后得Fe-MOF光催化剂。在室温下采用一步法制备，将2-MI和Fe3+分别溶于甲醇中，混合均匀后将两种溶液混合，使Fe3+和2-MI在室温下发生配位反应生成样品，在静置后将所述样品经过洗涤、干燥，最终制得Fe-MOF光催化剂。本专利技术通过一步法，在室温下实现了[Fe(2-mim)3·nH2O]的制备，制备方法简单，易于实现，并且具有优异的可见光催化活性和磁性可回收性能。优选地，步骤(1)中2-MI溶液的浓度为0.1～2mmol/mL，Fe3+溶液的浓度0.05～0.2mmol/mL。进一步优选地，步骤(1)中2-MI溶液的浓度为0.8～1.2mmol/mL；Fe3+溶液的浓度0.08～0.12mmol/mL；最优选地，步骤(1)中2-MI溶液的浓度为1mmol/mL；Fe3+溶液的浓度0.1mmol/mL。进一步地，制备2-MI溶液的溶剂甲醇的体积分数为99.5％，搅拌时间为30～60分钟；制备Fe3+溶液的溶剂甲醇的体积分数为99.5％，搅拌时间为60～120分钟。优选地，步骤(2)中Fe3+溶液与2-MI溶液的混合比例以Fe3+与2-MI摩尔比为1:20～1:1计。混合搅拌时间为60～120分钟。进一步优选地，Fe3+溶液与2-MI溶液的混合比例以Fe3+与2-MI摩尔比为1:15～1:5计。最优选地，Fe3+溶液与2-MI溶液的混合比例以Fe3+与2-MI摩尔比为1:10计。优选地，步骤(3)中静置时间>20h，真空干燥温度为60～80℃，干燥时间为10～12h。洗涤采用乙醇和水分别进行洗涤。一种最优选的制备方法，包括如下步骤：(1)将2-MI均匀分散于甲醇中，得2-MI溶液；将Fe(NO3)3均匀分散于甲醇中得Fe3+溶液；步骤(1)中2-MI溶液的浓度为1mmol/mL，Fe3+溶液的浓度0.1mmol/mL；Fe3+溶液与2-MI溶液的混合比例以Fe3+与2-MI摩尔比为1:10计；(2)将所得2-MI溶液逐滴加入所得Fe3+溶液中，搅拌60min混匀得悬浊液；(3)悬浊液依次经静置24h、洗涤、静态真空80℃条件下进行干燥10h后得Fe-MOF光催化剂。本专利技术还提供一种如所述制备方法制备得到的Fe-MOF光催化剂。本专利技术还提供一种降解含铬Cr(VI)废水的方法，包括如下步骤：(1)将如权利要求5所述Fe-MOF光催化剂加入待处理的含铬Cr(VI)废水中，于暗处搅拌至吸附平衡，打开可见光光源，光催化降解；(2)反应结束后，加磁场回收Fe-MOF光催化剂，洗涤烘干后循环利用。优选地，Fe-MOF光催化剂的加入量为0.1～0.5g/L。优选地，步骤(1)中调节废水的pH为2～5，最优选地，调节pH为2。本专利技术的目的是提供一种可磁回收的Fe基MOF的制备方法及作为可见光催化剂处理含铬废水。本专利技术首次将Fe作为中心金属原子与2-MI作为有机配体相结合，制得有可见光响应的MOFs光催化剂，并且相对于目前常见的Fe基MOF或以其他金属元素作为中心金属原子的MOFs光催化剂，能够更好地促进电子-空穴分离，提高光生电子数量，有更好的可见光催化活性，并且具有其他MOFs光催化剂所不具备的磁性，能更好的回收和循环利用。本专利技术的有益效果有：(1)本专利技术的Fe基MOF光催化剂制备方法简单，成本低廉；(2)本专利技术的Fe基MOF光催化剂有很高的可见光活性。(3)本专利技术的Fe基MOF光催化剂具有磁性易于回收。附图说明图1为本专利技术中光催化剂[Fe(2-mim)3·nH2O]在扫描电子显微镜(SEM)下拍摄的图。图2为本专利技术实施例2中，以Fe作为中心金属原子，不同有机配体合成的MOFs还原Cr(VI)效果对比图。图3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可磁回收的Fe‑MOF光催化剂，其特征在于，具有以式(Ⅰ)表示的原子比组成：[Fe(2‑mim)3·nH2O] (Ⅰ)。
【技术特征摘要】
1.一种可磁回收的Fe-MOF光催化剂，其特征在于，具有以式(Ⅰ)表示的原子比组成：[Fe(2-mim)3·nH2O](Ⅰ)。2.一种可磁回收的Fe-MOF光催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将2-甲基咪唑均匀分散于甲醇中，得2-甲基咪唑溶液；将Fe(NO3)3均匀分散于甲醇中得Fe3+溶液；(2)将所得2-甲基咪唑溶液逐滴加入所得Fe3+溶液中，搅拌混匀得悬浊液；(3)悬浊液依次经静置、洗涤和真空干燥后得Fe-MOF光催化剂。3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中2-甲基咪唑溶液的浓度为0.1～2mmol/mL，Fe3+溶液的浓度0.05～0.2mmol/mL。4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中Fe3+溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：高桥远，王齐，吴宏，李俊峰，高慧敏，夏文韬，林大港，范勇杰，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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