一种用于光催化VOCs的金属有机框架材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于光催化VOCs的金属有机框架材料制备方法，其技术方案是：通过溶剂热法制备CDs@LMOF，在氙灯的照射下，CDs@LMOF通过光催化过程，将VOCs转换为无毒的CO2和H2O等小分子，碳点是选用尿素，柠檬酸等小分子为前驱体通过溶剂热法制备而成，碳点粒径为1

【技术实现步骤摘要】
一种用于光催化VOCs的金属有机框架材料制备方法


[0001]本专利技术涉及碳点@荧光金属有机框架(CDs@LMOF)复合纳米材料光催化剂
，具体涉及一种用于光催化VOCs的金属有机框架材料制备方法。

技术介绍

[0002]挥发性有机物(VOCs)是形成细颗粒物(PM2.5)、臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物，进而引发灰霾、光化学烟雾等大气环境问题。目前，VOCs控制措施以末端治理为主，主要有吸附、吸收、膜分离等转移技术和直接燃烧、催化氧化等消除技术。其中，催化氧化技术可以将VOCs转化为无毒的CO2和H2O，是有效的治理方式之一。其最显著的优点是在催化剂的作用下，能够在很宽的浓度范围内进行操作，且相比直接燃烧技术，需要的操作温度更低。催化氧化技术主要包括热催化氧化技术和光催化氧化技术。而与传统热催化相比光催化技术的驱动力为绿色经济的太阳能而不是化石能源，这样既降低了温室气体的排放，节约了成本，又符合当下可持续发展的战略要求；且通过光催化技术，使得一些反应在常温常压的条件下就可以进行：如水分解、CO2还原、甲烷活化、合成氨反应等；另外，结合近几年的研究成果不难发现，光照可以降低某些催化体系中限速步骤的能量，或是改变反应中间体在催化剂表面的吸脱附行为，从而改变反应选择性。因此与热催化相比，光催化可以表现出较高的活性和理想的选择性。尤其对于低浓度大风量的VOCs处理，光催化技术设备简单、性价比高、运营和维护成本低，是一种高效绿色的治理手段。
[0003]现有的荧光金属有机框架材料(LMOF)由于其丰富的孔结构，超大的比表面积，可调的孔隙结构，丰富的功能位点，稳定的化学性质等优点被大众熟知，在光催化领域，尤其是光催化气体方面有着巨大的应用前景，然而，LMOF的可见光利用范围仍有不足，表面活性基团效果一般，光催化效率不高，材料制备工艺繁琐，且降解不完全的产物会对环境造成二次污染。

技术实现思路

[0004]为此，本专利技术提供一种用于光催化VOCs的金属有机框架材料制备方法，以解决LMOF的可见光利用范围不足，表面活性基团不丰富，光催化效率不高，材料制备工艺繁琐，且降解不完全的产物会对环境造成二次污染的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于光催化VOCs的金属有机框架材料制备方法，具体步骤如下：
[0006]S1、按照柠檬酸与尿素的摩尔比为3:1
‑
10:1的比例，去离子水，乙醇或N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)等为溶剂，混合溶解完全后，将溶液转移至水热反应釜中，水热温度为140
‑
220℃，反应时间为3
‑
10h，待温度降至室温后，取出反应产物；
[0007]S2、将上述步骤S1中制得的反应产物进行离心处理，控制离心速率为8000
‑
15000r/min，取上清液，然后过滤，收集滤液，采用微孔滤膜的孔径为100纳米
‑
0.2微米，将滤液透析至少24小时，中途进行换水3
‑
5次，采用透析袋的截留分子量为1
‑
15KDa之间，在透
析结束后，取出碳点水溶液，冷冻干燥，得到碳点粉末；
[0008]S3、将醋酸锌，醋酸钴，硝酸钴，硝酸铟等过渡金属盐作为金属源，2
‑
甲基咪唑等咪唑或咪唑衍生物作为配体，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等阳离子表面活性剂，摩尔比为1:1:1
‑
1:4:3，溶剂为甲醇，乙醇，乙腈或DMF，溶解混合均匀后，进行溶剂热反应，反应温度为80℃
‑
200℃，反应时间为2
‑
30h，得到LMOF混合溶液以后，采用乙醇和水交替清洗3次，离心速率为10000
‑
15000r/min，而后低温干燥，得到LMOF粉末；
[0009]S4、将上述步骤S2中得到的碳点和上述步骤S3中得到的LMOF按照质量比为1:10
‑
1:100的比例混合均匀，加热复合，加热温度为60℃
‑
120℃，加热时间为1
‑
5h，得到CDs@LMOF纳米复合材料；
[0010]或将上述步骤S2中得到的碳点和上述步骤S3中得到的LMOF制备阶段添加进入混合溶液中一起进行水热反应，反应温度为80℃
‑
160℃，反应时间为2
‑
30h，得到CDs@LMOF纳米复合材料；
[0011]S5、采用干燥纯净的空气(相对湿度低于5％)对VOCs标准气体进行稀释，以达到实验所需的气体浓度，采用氙灯作为光催化光源，功率为300W
‑
1000W，将CDs@LMOF用于光催化VOCs，每隔20分钟取样测试，计算CDs@LMOF对VOCs的光催化降解效率。
[0012]优选的，所述步骤S1中，溶剂可以为去离子水，乙醇或N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)等为溶剂中的任意一种或者任意几种。
[0013]优选的，所述步骤S3中，金属源可以为醋酸锌，醋酸钴，硝酸钴，硝酸铟等过渡金属盐中的一种或几种，配体可以为2
‑
甲基咪唑等咪唑或咪唑衍生物中的一种或几种，表面活性剂可以为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等阳离子表面活性剂中的一种或几种。
[0014]优选的，所述LMOF为荧光金属有机框架材料，荧光发射光谱在可见光区域，尤其是荧光沸石咪唑型框架材料。
[0015]优选的，所述步骤S4中，碳点和LMOF的复合比例为1:10
‑
1:100。
[0016]优选的，所述步骤S4中，CDs@LMOF可由碳点和LMOF复合得到，也可将所述步骤S2中得到的碳点和在所述步骤S3中LMOF制备阶段微量添加进入混合溶液中一起进行水热反应，得到CDs@LMOF后，再与碳点进行二次复合，得到CDs@LMOF。
[0017]优选的，所述CDs@LMOF的发射光谱范围覆盖整个可见光区(350
‑
800nm)。
[0018]优选的，所述CDs@LMOF的孔径分布集中在介孔区(2
‑
50nm)。
[0019]优选的，所述CDs@LMOF光催化降解的VOCs，可以为烷烃、烯烃、芳烃、酯、醇、酮、醛、含氮有机化合物、含氯有机化合物以及含硫有机化合物等。
[0020]优选的，所述CDs@LMOF光催化降解的VOCs的光源为氙灯，功率在300
‑
1000W之间，光催化降解的VOCs最终产物为CO2和H2O等小分子。
[0021]本专利技术实施例具有如下优点：
[0022]1、本专利技术方法制备的CDs@LMOF复合光催化剂的巨大优势在于，制备简单，光谱利用范围宽(能覆盖整个可见光区)，孔隙结构丰富，特别适合应用于气体，尤其是VOCs的光催化氧化；
[0023]2、本专利技术方法的工艺设备简单，重复率高，成本低，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光催化VOCs的金属有机框架材料制备方法，其特征在于：具体步骤如下：S1、按照柠檬酸与尿素的摩尔比为3:1
‑
10:1的比例，去离子水，乙醇或N，N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)等为溶剂，混合溶解完全后，将溶液转移至水热反应釜中，水热温度为140
‑
220℃，反应时间为3
‑
10h，待温度降至室温后，取出反应产物；S2、将上述步骤S1中制得的反应产物进行离心处理，控制离心速率为8000
‑
15000r/min，取上清液，然后过滤，收集滤液，采用微孔滤膜的孔径为100纳米
‑
0.2微米，将滤液透析至少24小时，中途进行换水3
‑
5次，采用透析袋的截留分子量为1
‑
15KDa之间，在透析结束后，取出碳点水溶液，冷冻干燥，得到碳点粉末；S3、将醋酸锌，醋酸钴，硝酸钴，硝酸铟等过渡金属盐作为金属源，2
‑
甲基咪唑等咪唑或咪唑衍生物作为配体，十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)等阳离子表面活性剂，摩尔比为1:1:1
‑
1:4:3，溶剂为甲醇，乙醇，乙腈或DMF，溶解混合均匀后，进行溶剂热反应，反应温度为80℃
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200℃，反应时间为2
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30h，得到LMOF混合溶液以后，采用乙醇和水交替清洗3次，离心速率为10000
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15000r/min，而后低温干燥，得到LMOF粉末；S4、将上述步骤S2中得到的碳点和上述步骤S3中得到的LMOF按照质量比为1:10
‑
1:100的比例混合均匀，加热复合，加热温度为60℃
‑
120℃，加热时间为1
‑
5h，得到CDs@LMOF纳米复合材料；或将上述步骤S2中得到的碳点和上述步骤S3中得到的LMOF制备阶段添加进入混合溶液中一起进行水热反应，反应温度为80℃
‑
160℃，反应时间为2
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30h，得到CDs@LMOF纳米复合材料；S5、采用干燥纯净的空气(相对湿度低于5％)对VOCs标准气体进行稀释，以达到实验所需的气体浓度，采用氙灯作为光催化光源，功率为300W
‑
1000W，将CDs@LMOF用于光催化VOCs，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪纯，颜炳君，焦正，叶明贵，
申请(专利权)人：上大合肥产业技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：