本发明专利技术涉及环境催化材料领域，提供了一种高效金属配合物分子催化剂的制备方法及其应用。本发明专利技术是以含氮元素有机物作为配体，与Fe、Cu、Co、Ni其中之一的氯盐进行配位反应，最终合成一种金属配合物分子，该配合物可用于紫外光Fenton体系，在可见光下催化H2O2氧化降解有机物。本发明专利技术制备的催化剂具有制备简单、结构稳定及催化活性高等优点，具有潜在的应用前景。
A highly efficient molecular catalyst for metal complexes and its preparation and Application
The invention relates to the field of environmental catalytic materials, and provides a preparation method and application of a highly efficient metal complex molecular catalyst. The present invention is a metal complex molecule, which can be used in ultraviolet Fenton system to catalyze the oxidation and degradation of organic compounds by hydrogen peroxide under visible light. The catalyst prepared by the invention has the advantages of simple preparation, stable structure and high catalytic activity, and has potential application prospect.
【技术实现步骤摘要】
一种高效金属配合物分子催化剂及其制备和应用
本专利技术属于环境催化材料领域，涉及一种高效金属配合物分子催化剂的制备方法及其应用，适用于紫外光催化氧化降解工业废水中的有机污染物。
技术介绍
随着我国工业化进程的加快，各类工业废水的排放量逐年增加，导致了水污染问题日益加重。工业废水中包含了高浓度有机废水，此类水主要是皮革、食品、医药、化工等工业生产过程中所产生的，其中含有大量毒性高、成分复杂、难降解的有机物，影响了人体健康、破坏了环境的可持续发展，因此，对于有机废水的无害化处理一直是人们关注的焦点。随着环境标准的不断提高，生化法、吸附法、萃取法等传统的有机废水处理方法已经不能达到当下的要求，因此，亟需一种工艺简洁，处理效果好的有机废水处理方法。高级氧化技术是当下处理难降解有机废水最有效的方法之一，其中Fenton法作为高级氧化技术中的一种，以Fe2+作为催化剂，与H2O2作用生成大量的羟基自由基，将废水中的有机物氧化为无毒的小分子物质，以此法可以去除传统技术无法去除的难降解有机物，然而Fenton氧化法受pH限制(pH＝2-4)，实际处理时需要消耗大量的酸碱来调节pH，Fe3+转化为Fe2+的速度较慢，降低了整体的处理效率，且Fe2+易被氧化为Fe3+，生成大量难以处理的铁泥，以上缺点限制了Fenton氧化法的实际应用。光Fenton氧化技术是近年来发展起来的新型高级氧化技术，该体系无需辅以高温高压，操作简单，并克服了传统Fenton法的缺点，避免对环境造成二次污染。紫外光的照射为反应提供了能量，可以促使反应生成更多的羟基自由基，提高H2O2的实际利用率，同时提升了催化剂的活化能，缩短反应时间。然而光Fenton法现今仍处于实验室阶段，投入工业应用的极少，这主要由于普通的光Fenton反应存在紫外光利用率低、运行成本高的问题，研究者仍在对技术进行不断的改进，目前，对于光Fenton法处理难降解有机物研究的主要方向，一是在体系中引入其他物质或将铁离子固载化，二是制备其他高效的催化剂以提高氧化效率。过渡金属催化剂是以过渡金属为活性中心的一类金属配合物，其具有较高的催化活性和选择性且制备简单，是一项新型单活性中心催化剂，在该体系中，配体结构对催化剂的催化活性有着巨大的影响，细微的变化便可以很大程度上的改变催化剂的实际性能。研究表明，含氮原子双齿配体配位的过渡金属配合物具有较高的催化活性，并且能够增加中心金属原子的分散度，因此，本专利技术拟采用含氮有机物作为配体，制备一种高效的金属配合物分子催化剂应用于紫外光Fenton体系。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于光Fenton反应处理工业废水中难降解有机物的高效、稳定的金属配合物分子催化剂的制备方法，旨在解决目前现有的光Fenton催化剂过氧化氢利用率低、催化活性低等缺陷。为了实现上述目的，本专利技术通过调整有机配体以及中心金属原子的种类，来制备几种具有不同结构的光Fenton催化剂。在本专利技术中，我们证实了该金属配合物分子催化剂在紫外光与H2O2的存在下，可以有效的催化降解废水中的氧氟沙星，具有潜在的规模化应用前景。本专利技术所得催化剂结构式为A、B、C、D其中一种或二中以上：其中M为Fe，Cu，Co，Ni中的一种。具体制备步骤如下：(1)将金属盐投放至乙醇、甲醇或乙醚中，缓慢滴入螯合剂并搅拌，得到混合溶液。(2)将(1)中混合溶液置入油浴锅，50-90℃(最适为60-80℃)高温回流2-8h(最适为2-4h)，经洗涤过滤后，经洗涤过滤，抽真空，得到所述金属配合物。其中，步骤(1)所述螯合剂为邻苯二胺、乙二胺、1,10-邻菲罗啉和2,2'-联吡啶其中之一，金属盐为氯化铜、氯化铁、氯化钴、氯化镍其中之一，金属盐和螯合剂的摩尔比为1：1-3(最适为1：2)所述催化剂用于紫外光催化湿式H2O2氧化处理有机废水间歇反应条件为：常压，废水初始pH：3-7(较佳为pH：5-7)，反应温度10-80℃(较佳为30-60℃)，紫外光强度为50-5000W(较佳为500-1000W)，催化剂投加量为0.01-1.0g/L(较佳为0.1-0.5g/L)。本专利技术是以含氮元素有机物作为配体，与Fe、Cu、Co、Ni其中之一的氯盐进行配位反应，最终合成一种金属配合物分子，该配合物可用于光Fenton体系，在可见光下催化H2O2氧化降解有机物。本专利技术制备的催化剂具有制备简单、结构稳定及催化活性高等优点，具有潜在的应用前景。附图说明图1.为实施例1制备的催化剂对氧氟沙星的去除率与时间关系图。具体实施方式下面将结合实施例对专利技术进行进一步的描述，但本专利技术的保护范围不局限于以下实施例实施例1；(1)将1.0g无水氯化铁投放至30mL无水乙醇中，缓慢滴入乙二胺并搅拌，得到混合溶液，其中，无水氯化铁和乙二胺摩尔比为1：2；(2)将步骤(1)中混合溶液置入油浴锅，80℃高温回流4h后，经洗涤过滤，抽真空，得到目标催化剂。目标催化剂通过核磁共振谱得到确认。最终将所得催化剂在40℃以下、干燥条件下避光保存。采取本实施例1所制得的催化剂在紫外光Fenton体系下处理氧氟沙星，采取的处理条件如表1，处理结果如图1(以不加催化剂为对比组，其它条件同添加催化剂组)。表1实施例2；(1)将1.0g无水氯化铜投放至30mL无水乙醇中，缓慢滴入乙二胺并搅拌，得到混合溶液，其中，无水氯化铜和乙二胺摩尔比为1：2；(2)将步骤(1)中混合溶液置入油浴锅，80℃高温回流4h后，经洗涤过滤，抽真空，得到目标催化剂。目标催化剂通过核磁共振谱得到确认。最终将所得催化剂在40℃以下、干燥条件下避光保存。采取本实施例2所制得的催化剂在紫外光Fenton体系下处理氧氟沙星，采取的处理条件如表1，反应70min后，氧氟沙星去除率为78％。实施例3；(1)将1.0g无水氯化钴投放至30mL无水乙醇中，缓慢滴入乙二胺并搅拌，得到混合溶液，其中，无水氯化钴和乙二胺摩尔比为1：2；(2)将步骤(1)中混合溶液置入油浴锅，80℃高温回流4h后，经洗涤过滤，抽真空，得到目标催化剂。目标催化剂通过核磁共振谱得到确认。最终将所得催化剂在40℃以下、干燥条件下避光保存。采取本实施例3所制得的催化剂在紫外光Fenton体系下处理氧氟沙星，采取的处理条件如表1，反应70min后，氧氟沙星去除率为85％。实施例4；(1)将1.0g无水氯化铁投放至30mL无水乙醇中，缓慢滴入邻苯二胺并搅拌，得到混合溶液，其中，无水氯化铁和邻苯二胺摩尔比为1：2；(2)将步骤(1)中混合溶液置入油浴锅，80℃高温回流4h后，经洗涤过滤，抽真空，得到目标催化剂。目标催化剂通过核磁共振谱得到确认。最终将所得催化剂在40℃以下、干燥条件下避光保存。采取本实施例4所制得的催化剂在紫外光Fenton体系下处理氧氟沙星，采取的处理条件如表1，反应70min后，氧氟沙星去除率为91％。实施例5；(1)将1.0g无水氯化镍投放至30mL无水乙醇中，缓慢滴入2,2'-联吡啶并搅拌，得到混合溶液，其中，无水氯化镍和2,2'-联吡啶摩尔比为1：2；(2)将步骤(1)中混合溶液置入油浴锅，80℃高温回流4h后，经洗涤过滤，抽真空，得到目标催化剂。目标催化剂通过核磁共振谱得到确认。最终将所得催化剂在40℃以下、干燥条件本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高分散金属配合物分子催化剂，其特征在于，结构式为A、B、C、D其中的一种或二种以上：
【技术特征摘要】
1.一种高分散金属配合物分子催化剂，其特征在于，结构式为A、B、C、D其中的一种或二种以上：其中M为Fe，Cu，Co，Ni中的一种。2.一种如权利要求1所述的金属配合物分子的制备方法，其步骤如下：(1)将Fe、Cu、Co、Ni中的一种或二种以上的可溶性金属盐投放至乙醇、甲醇或乙醚中的一种或二种以上溶剂中，滴入螯合剂并搅拌，得到混合溶液；(2)将步骤(1)中混合溶液置入50-90℃(最适为60-80℃)高温回流2-8h(最适为2-4h)，经洗涤过滤后，抽真空，得到所述金属配合物。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述螯合剂为邻苯二胺、乙二胺、1,10-邻菲罗啉和2,2'-联吡啶其中之一或二种以上。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐为氯...
【专利技术属性】
技术研发人员：于杨，刘西扬，姜泳安，黄菲，张永军，何益得，乔纳森贝尔，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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