具有催化光降解和吸附染料性质的铜配合物及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种铜金属配合物，制备方法及其在催化光降解和吸附染料的应用。所述配合物的化学式为[Cu

Copper complexes with catalytic photodegradation and dye adsorption properties and their preparation methods

【技术实现步骤摘要】
具有催化光降解和吸附染料性质的铜配合物及其制备方法
本专利技术属于有机合成和金属有机化学
，具体涉及到一种4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯和5-叔丁基间苯二甲酸为配体的铜配合物的制备及其在催化光降解和吸附去除水中有机染料方面的应用。
技术介绍
染料废水具有化学需氧量(COD)高，有机物含量高，可生化性差；色度高；成分复杂，酸碱度等水质波动大；毒性大，环境污染严重等特点，对生态环境和人类健康的影响非常大。偶氮染料的生产和使用量是所有染料中最大的，某些偶氮染料已被证实能够导致人类膀胱癌、脾脏瘤、肝癌和试验动物的核酸异常以及哺乳动物的染色体变异，偶氮染料的降解过程很有可能是通过偶氮还原酶先将偶氮基断裂，生成苯胺类物质，而该类物质的生物致癌、致畸、致突变效应更为严重。利用沸石，活性炭等材料做吸附剂的报道很多，而利用配合物作为吸附剂处理染料废水的研究甚少。针对目前相关领域的研究现状及不足，本文专利技术了一种铜配合物处理染料废水方法，并且能够将染料回收利用。配合物作为一种新型吸附材料，不但具有吸附性质，而且有的配合物还能够选择性吸附染料分子。此外，配合物吸附有机染料具有结合力强，不易脱落，吸附量大，快速高效，受外界条件干扰较小等优点。因此，配合物作为吸附剂处理染料废水具有潜在的应用价值。同时，配合物在光降解染料领域具有较好的应用。与传统用于光降解的半导体材料相比，配合物在光降解染料方面具有许多优势：(1)晶体结构的精准有利于研究配合物光降解染料的结构与性质之间的关系；(2)可配位的活性位点促进了配合物高效利用太阳能；(3)配合物的多孔性和较大比表面积能够允许染料分子快速的通过通道，这对提高光催化降解的效率是十分有效的；(4)配合物的金属离子和配体的相互作用可以有效分离光电电子和空缺，从而提高光催化活性。因此，配合物具有高的光催化活性和化学稳定性，且合成方法简单，是一种理想的光反应的催化剂。一系列的具有光降解或者吸附染料性质配合物已被报道，但是能同时具有催化光降解和吸附染料性质的配合物报道比较少。4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯是配位能力较强的桥连配体：在这个配体的两端具有两个甲基咪唑，有利于配合物的合成；5-叔丁基间苯二甲酸可以部分或完全去质子化，允许与金属离子有不同的配位模型，易合成具有不同维数的金属配合物，而合成不同维数的结构是完成器件化至关重要的一步。本专利技术属于有机合成和金属有机化学
，涉及具有一维铜配合物的合成，更具体的说是4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯和5-叔丁基间苯二甲酸为配体的铜配合物的合成及其催化光降解和吸附染料方面的应用。本文采用二价铜离子作为主体，以4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯和5-叔丁基间苯二甲酸作为配体，探究该配合物催化光降解和吸附去除水中有机染料的性质。本专利技术铜配合物在常温下具有稳定和高效的催化光降解染料性质，尤其是针对甲基橙和亚甲基蓝染料进行光催化，70分钟内甲基橙基本降解完全，105分钟内亚甲基蓝基本降解完全，而且易于分离并多次循环使用，催化效率基本保持不变。本专利技术铜配合物对水溶液中甲基橙的吸附性能好，在300分钟内对于浓度为10、15和20mg/L的甲基橙水溶液去除率高达94.1％，95.8％和96.3％。此外，在本专利技术中，该铜配合物具有制备方法简单、成本低、效率高、重现性好，收率高等优点。
技术实现思路
本专利技术提供一种催化光降解和吸附染料性质的铜配合物及其制备方法。本专利技术选用4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯和5-叔丁基间苯二甲酸配体和硝酸铜构筑具有一维结构的配合物。该化合物具有很高的催化活性，可高效降解水中的甲基橙和亚甲基蓝，尤其重要的是该催化剂不溶于水，可分离并多次循环使用。另一方面，此化合物具有优异的吸附性能，可吸附去除水中的甲基橙。最后，此化合物合成方法简单、成本低、重现性好、收率较大达71％以上(基于金属Cu)，可应用于工业化生产，在去除水中的有机染料方面具有潜在的应用前景。本专利技术所涉及的具有催化光降解和吸附染料性质的铜配合物的化学式为：[Cu2(4，4′-BMIBP)(TBIP)2(H2O)2·2DMA]n，其中，4，4′-BMIBP＝4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯，H2TBIP＝5-叔丁基间苯二甲酸。4，4′-BMIBP、H2TBIP的结构式如下：本专利技术所涉及的一种具有催化光降解和吸附染料性质的一维铜配合物结构如图1(a)所示，它的基本结构参数为：本专利技术的铜配合物的晶体属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为α＝γ＝90°，β＝104.96(2)°；所述配合物中每个铜原子与来自于两个5-叔丁基间苯二甲酸的氧原子、一个4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯的氮原子、一个水分子的氧原子配位，形成无限一维网状结构，如图1(b)所示。本专利技术所涉及的铜配合物的制备方法包括下述步骤：(1)制备方法：4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯∶5-叔丁基间苯二甲酸∶三水合硝酸铜＝1∶1∶1，加入N，N-二甲基乙酰胺(1.5mL)和去离子水(1.5mL)，超声振荡5分钟混合均匀，混合后放入水热反应釜的聚四氟乙烯内胆中，得到混合液；(2)将上述混合液在100℃下烘制72小时，取出产物后将固体分离；(3)用H2O将上述固体洗涤三次，得到蓝色透明块状晶体，基于Cu计算的产率高达71％。进一步地，本专利技术提供上述铜配合物用作催化光降解和吸附去除水中亚甲基蓝和甲基橙方面的应用，用于治理自然水体中的亚甲基蓝、甲基橙等偶氮型染料废水。本专利技术的优点是：该制备方法工艺简单，产率高、重现性好，可以得到单一晶型、高纯度的晶体材料，易工业化生产；该产品光催化能够快速有效的降解水体中的甲基橙和亚甲基蓝并且多次循环使用的催化效率基本保持不变，且在黑暗条件下能够有效的吸附水体中的甲基橙，该方法具有高效、操作简便和去除效果好等优点。附图内容图1(a)本专利技术铜配合物的晶体结构图；图1(b)本专利技术铜配合物的一维链状结构图。图2(a)本专利技术铜配合物的光催化10mg/L亚甲基蓝的吸光度变化图；图2(b)本专利技术铜配合物的光催化10mg/L甲基橙的吸光度变化图。图3(a)本专利技术铜配合物吸附10mg/L甲基橙的吸光度变化图；图3(b)本专利技术铜配合物吸附15mg/L甲基橙的吸光度变化图；图3(c)本专利技术铜配合物吸附20mg/L甲基橙的吸光度变化图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合实施实例进一步阐述本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1配体4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯的合成：在极性溶剂下采用一锅法，将4，4′-二溴联苯、2-甲基咪唑、碳酸钾和氧化亚铜在加热条件下制备4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯(4，4′-BMIBP)；其中4，4′-二溴联苯∶2-甲基咪唑∶碳酸钾∶氧化亚铜的摩尔比为2∶6∶8∶1；反应温度150℃，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用作催化光降解和吸附去除水中有机染料的铜配合物，其特征在于，其化学式为[Cu

【技术特征摘要】
1.一种用作催化光降解和吸附去除水中有机染料的铜配合物，其特征在于，其化学式为[Cu2(4，4′-BMIBP)(TBIP)2(H2O)2·2DMA]n，其中，4，4′-BMIBP＝4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯，H2TBIP＝5-叔丁基间苯二甲酸，DMA＝N，N-二甲基乙酰胺；所述的铜配合物的晶体属于单斜晶系，空间群为P21/c，晶胞参数为α＝γ＝90°，β＝104.96(2)°；所述配合物种每个铜原子与来自于两个配体5-叔丁基间苯二甲酸的氧原子、一个4，4′-二(2-甲基-1-咪唑基)联苯的氮原子、一个水分子的氧原子配位，形成无限一...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晓娟，张晨，俞梦娇，
申请(专利权)人：盐城师范学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32