以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以ZIF‑67为模板的铁‑钴层状双金属氢氧化物材料及其制备方法，该以ZIF‑67为模板的铁‑钴层状双金属氢氧化物材料包含铁离子和ZIF‑67(Co)，铁离子刻蚀ZIF‑67(Co)模板。其制备方法包括以下步骤：将二甲基咪唑、六水合硝酸钴和有机溶剂混合，搅拌，得到ZIF‑67(Co)；将ZIF‑67和含有九水合硝酸铁的乙醇溶液中进行混合，搅拌，得到铁‑钴层状双金属氢氧化物。本发明专利技术以ZIF‑67为模板的铁‑钴层状双金属氢氧化物材料具有高孔隙度、分散性好、稳定性好、高级氧化性能好等优点，能够实现对抗生素的高效降解，应用前景较好。本发明专利技术以ZIF‑67为模板的铁‑钴层状双金属氢氧化物材料的制备方法具有原材料种类少、操作简单、条件温和、成本低等优点，适合于大规模的制备。

【技术实现步骤摘要】
以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料领域，涉及一种ZIF-67(Co)材料，具体涉及一种以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料及其制备方法。
技术介绍
层状双金属氢氧化物(LDHs)是由带正电荷的主体层板和层间阴离子通过非共价键的相互作用组装而成的化合物。LDHs作为一种作为具有层状结构的新型无机功能材料，因其优异的热稳定性和催化性能等而受到广泛关注。但是现有的LDHs的合成方法对操作条件的要求较为严苛，还可能会出现高耗能的情况，使其难以低成本和大规模的生产。以钴为节点的沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-67)是由有机咪唑酯交联到过渡金属钴上形成具有四面体框架的多孔晶体材料。相比于无机材料，因其结构的多样性及可调控性、操作条件温和合成方法简便而受到广泛关注，但是ZIF-67仍然存在高级氧化性能差等问题。因此，如何结合LDHs的高催化性能和ZIF-67的合成简便的优势从而获得一种高级氧化性能好的且合成条件温和、操作简便、原材料种类较少的LDHs材料的制备方法，对于提高LDHs材料在污水治理中的应用范围具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种稳定性好和高级氧化性能好的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料，还提供了一种条件温和、操作简便、原材料种类较少、适用于大规模生产的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料，包含铁离子和ZIF-67(Co)；所述铁离子刻蚀ZIF-67(Co)。上述的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料，进一步改进的，所述以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料的孔径大小为3.679nm。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将二甲基咪唑、六水合硝酸钴和有机溶剂混合，搅拌，得到ZIF-67(Co)。S2、将步骤S1中的ZIF-67(Co)与含有九水合硝酸铁的乙醇溶液混合，搅拌，得到以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料。上述的制备方法，进一步改进的，所述二甲基咪唑与六水合硝酸钴的摩尔比为1：4。上述的制备方法，进一步改进的，所述二甲基咪唑、六水合硝酸钴和有机溶剂的摩尔比为1：4：786。上述的制备方法，进一步改进的，所述有机溶剂为甲醇。上述的制备方法，进一步改进的，所述ZIF-67(Co)与九水合硝酸铁的摩尔比为3.57：0.5～2。上述的制备方法，进一步改进的，所述ZIF-67(Co)、九水合硝酸铁和乙醇的摩尔比为3.57：0.5～2：1090。上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1中，所述搅拌的转速为300r/min～400r/min；所述搅拌的时间为24h。上述的制备方法，进一步改进的，步骤S2中，所述搅拌的转速为200r/min～300r/min；所述搅拌的时间为1h。上述的制备方法，进一步改进的，步骤S1和S2中，所述搅拌之后还包括以下步骤：对搅拌完成后得到的反应产物进行离心、洗涤和干燥。上述的制备方法，进一步改进的，所述离心的转速为3000r/min～5000r/min。上述的制备方法，进一步改进的，所述洗涤采用的是甲醇和乙醇；所述洗涤次数为3次～5次。上述的制备方法，进一步改进的，所述干燥在真空条件下进行；所述干燥的温度为60℃；所述干燥时间为12h。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术提供了一种以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料，包含铁离子和ZIF-67(Co)，其中铁离子刻蚀ZIF-67(Co)。本专利技术中，以铁离子对ZIF-67(Co)材料的原位刻蚀而合成的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料继承了ZIF-67(Co)材料本身的高孔径使得复合材料与过一硫酸盐(PMS)的化学接触更加充分。由于ZIF-67(Co)中Co的电负性高于以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料中存在的Fe，这可引发电子云从Fe瞬移到Co，因此，富电子的Co位点可以更好的活化PMS，而本身就具有较强催化性能的铁离子的引入可以进一步加强PMS活化，从而提高ZIF-67(Co)材料的高级氧化性能。与现有技术相比，本专利技术以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料具有孔径较大、分散性好、稳定性好、高级氧化性能好等优点，能够实现通过PMS高级氧化体系对抗生素的高效降解，具有较好的应用前景。(2)本专利技术的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料可应用于处理抗生素废水，将以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料与抗生素废水在含PMS的高级氧化体系中进行降解，能够高效的高级氧化降解废水中的抗生素，具有降解效率高、重复利用率高、清洁无污染等优点，是一种可以被广泛采用、能够高效降解污水中抗生素的PMS-高级氧化催化剂，具有很高的应用价值和商业价值。(3)本专利技术还提供了一种以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料的制备方法，运用较少的原材料在室温条件下通过铁离子对ZIF-67(Co)材料的原位刻蚀，首次合成了高级氧化性能好和稳定性高的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料。此合成过程具有操作简单、能耗低、成本低、产量高等优点，适合于大规模的制备。(4)本专利技术以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料的制备方法中，对ZIF-67与九水合硝酸铁的摩尔比进行了优化，通过优化ZIF-67与九水合硝酸铁的投加的摩尔比3.57：0.5～2，使得所制备的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料中含有合适引入量的铁离子，从而使得ZIF-67(Co)材料产生更强的活化PMS的催化性能，即获得了一种活化PMS的高级氧化效果更好的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料。特别的，ZIF-67与九水合硝酸铁的投加的摩尔比为3.57：1.5时，具有最好的活化PMS高级氧化效果。因此，本专利技术对ZIF-67与九水合硝酸铁的摩尔比进行优化，以获得更合适的铁离子引入量，对提高以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料的高级氧化性能具有重要意义。附图说明为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。图1为本专利技术实施例1中制得的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料(FeCo-LDH-1.5)和对比例1中制得的ZIF-67(Co)的扫描电镜图，其中(a)为ZIF-67(Co)，(b)为FeCo-LDH-1.5。图2为本专利技术实施例3中制得的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料，其特征在于，包含铁离子和ZIF-67(Co)；所述铁离子刻蚀ZIF-67(Co)。/n

【技术特征摘要】
1.一种以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料，其特征在于，包含铁离子和ZIF-67(Co)；所述铁离子刻蚀ZIF-67(Co)。


2.根据权利要求1所述的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料，其特征在于，所述以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料的孔径大小为3.679nm。


3.一种如权利要求1或2所述的以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将二甲基咪唑、六水合硝酸钴和有机溶剂混合，搅拌，得到ZIF-67(Co)。
S2、将步骤S1中的ZIF-67(Co)与含有九水合硝酸铁的乙醇溶液混合，搅拌，得到以ZIF-67为模板的铁-钴层状双金属氢氧化物材料。


4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二甲基咪唑与六水合硝酸钴的摩尔比为1：4：786。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述二甲基咪唑、六水合硝酸钴和有机溶剂的摩尔比为1：4：3930。


6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡红春，李威，彭诗阳，朱娟，陈荣，
申请(专利权)人：湖南垚恒环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43