一种基于Fe掺杂和联吡啶配体的二维共价有机框架材料、制备方法及其应用技术

一种基于Fe掺杂和联吡啶配体的二维共价有机框架材料、制备方法及其应用，属于共价有机框架材料技术领域。本发明专利技术以N,N,N

【技术实现步骤摘要】
一种基于Fe掺杂和联吡啶配体的二维共价有机框架材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于共价有机框架材料
，具体涉及一种基于Fe掺杂和联吡啶配体的二维共价有机框架材料、制备方法及其在室温条件下活化过硫酸钠(PDS)降解有机污染物2,4
‑
二氯苯酚(2,4
‑
DCP)中的应用。

技术介绍

[0002]具有芳环和氯化原子的2,4
‑
二氯苯酚(2,4
‑
DCP)是一种典型的持久性有机污染物，是一种致癌物，难以通过传统的化学氧化法或生物处理技术降解。急需新型、先进的抗生素废水处理技术，实现高效、合理的处理。与其他有机污染物处理技术相比，高级氧化工艺(AOPs)具有氧化能力强、选择性高、环境友好、应用范围广等特点，在降解各种有机污染物方面表现出良好的活性。过硫酸钠(PDS)是一种环保、稳定、无毒、易于运输的氧化剂，用于AOPs。过渡金属基多相催化剂活化的PDS具有合成简单、效率高、二次污染少、可回收性好等优点。因此，它已成为AOPs催化领域的研究热点，可以无选择性地降解废水中的大部分难降解污染物，包括芳香族化合物和部分杂环化合物。
[0003]共价有机骨架(COF)是一类具有明确结构和大孔隙度的多孔晶态材料，由不同的配体由强共价键连接而成。COF具有较高的比表面积和丰富的杂原子，为过渡金属的负载提供了更多的活性位点。COF可设计的孔结构可以限制过渡金属在骨架内的生长，避免过渡金属过度聚集，提高分散度，使过渡金属
‑
COF的复合材料具有更高的催化性能。此外，COF是通过周期性叠加纳米片形成的，如亚胺COF。这种结构为COF提供了一个高度共轭的π
‑
电子体系，提高了氧化过程中的电子传质效率。过渡金属具有稳定性好、活性位点丰富、分散性高等优点，复合过渡金属的COF材料在净水过程中表现出了优异的催化性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术以解决环境污染问题，以N,N,N
’
,N
’‑
四(对氨基苯基)对苯二胺(TAPD)和2,2'
‑
联吡啶
‑
5,5'
‑
二甲醛(BPDA)为配体合成JLNU
‑
305，再与七水合硫酸亚铁反应后得到JLNU
‑
305
‑
Fe，其具有多个活性位点(Fe
2+
、Fe
3+
和吡啶N)，表现出优异的对2,4
‑
二氯苯酚(2,4
‑
DCP)降解的催化性能。
[0005]如图1所示，本专利技术所述的一种基于Fe掺杂和联吡啶配体的二维共价有机框架材料JLNU
‑
305
‑
Fe的制备方法，其步骤如下：
[0006](1)将N,N,N
’
,N
’‑
四(对氨基苯基)对苯二胺(TAPD,14.00～14.50mg)和2,2'
‑
联吡啶
‑
5,5'
‑
二甲醛(BPDA,12.50～13.00mg)混合研磨后加入到耐高温的玻璃管中，然后加入1,4
‑
二氧六环(1～1.2mL)和6mol/L的醋酸(0.1～0.3mL)混合溶剂；
[0007](2)将步骤(1)的玻璃管放在液氮中冷冻，保持玻璃管内溶液处于非流动状态，抽真空使玻璃管中的压力为0.10～0.20mmHg，然后将玻璃管口用火焰枪封住；
[0008](3)将步骤(2)的玻璃管在100～130℃下反应3～7天，冷却至室温后开管将反应产
物取出，产物过滤后用丙酮洗涤3～5次；然后再在丙酮中浸泡3～5小时，在浸泡期间更换丙酮3～5次，最后真空干燥得到红褐色固体产物JLNU
‑
305；
[0009](4)将50mg步骤(3)得到的JLNU
‑
305和100～110mg七水合硫酸亚铁(Fe2SO4·
7H2O)浸泡在水与乙醇混合液(水与乙醇的体积比为1：1)中24～26h，从而得到JLNU
‑
305
‑
Fe，该材料适用于活化PDS降解2,4
‑
二氯苯酚。
[0010]上述方法所述的二维共价有机框架材料的制备方法，其特征在于：采用联吡啶配体的策略制备二维共价有机框架材料JLNU
‑
305，合成的无金属COF富有活性位点，便于改性或金属掺杂。
[0011]一种基于Fe掺杂和联吡啶配体的二维共价有机框架材料JLNU
‑
305
‑
Fe，其是由上述方法制备得到。
[0012]该基于Fe掺杂和联吡啶配体的二维共价有机框架材料可以在室温条件下活化过硫酸钠(PDS)降解有机污染物2,4
‑
二氯苯酚(2,4
‑
DCP)中得到应用。
[0013]本专利技术提出的JLNU
‑
305
‑
Fe显示出了优异的催化性能，Fe引入COF中，形成了结构明确、稳定的Fe
‑
COF复合材料，Fe在COF框架上具有电子结构调制效应，产生高效的单原子活性位点，使其具有优异的PDS激活性能。迄今未发现关于此材料的合成及其在活化过硫酸盐降解2,4
‑
二氯苯酚方面的报道。在室温下，JLNU
‑
305
‑
Fe仅需8min就能使10mg/L的2,4
‑
二氯苯酚去除率达100％，性能远优于无机或有机多孔有机聚合物。
[0014]有益效果
[0015]本专利技术对比已有技术具有以下创新点：
[0016]1.本专利技术所得共价有机框架材料JLNU
‑
305是选择具有催化功能的无金属配体进行合成，合成的无金属COF富有活性位点(吡啶N)，便于改性或金属掺杂。
[0017]2.本专利技术所得的JLNU
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305
‑
Fe在8min对2,4
‑
二氯苯酚具有优异的去除率，并对大浓度的2,4
‑
二氯苯酚也具有优异的降解效果。
[0018]3.本专利技术所得材料是一种新型的催化降解催化剂，JLNU
‑
305
‑
Fe经过4次循环后，COF对2,4
‑
二氯苯酚的去除能力与原催化剂基本保持一致具有良好的可重复使用性。
附图说明
[0019]图1：实施例1中获得的联吡啶配体共价有机框架JLNU
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305和JLNU
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305
‑
Fe的合成示意图；
[0020]图2：JLNU
‑
305的PXRD谱图(对应图a)；LNU
‑
305实验值与AA堆积和AB堆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Fe掺杂和联吡啶配体的二维共价有机框架材料的制备方法，其步骤如下：(1)将14.00～14.50mg的N,N,N
’
,N
’‑
四(对氨基苯基)对苯二胺和12.50～13.00mg的2,2'
‑
联吡啶
‑
5,5'
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二甲醛混合研磨后加入到耐高温的玻璃管中，然后加入1～1.2mL的1,4
‑
二氧六环和0.1～0.3mL、6mol/L的醋酸混合溶剂；(2)将步骤(1)加入混合溶剂后的玻璃管放在液氮中冷冻，保持玻璃管内溶液处于非流动状态，抽真空使玻璃管中的压力为0.10～0.20mmHg，然后将玻璃管口密封；(3)将步骤(2)密封后的玻璃管在100～130℃下反应3～7天，冷却至室温后开管将反应产物取出，产物过滤后用丙酮洗涤3～5次；然后再在丙酮中浸...

【专利技术属性】
技术研发人员：马云超，姜维，李京阳，刘春波，韩雨航，
申请(专利权)人：吉林师范大学，
类型：发明
国别省市：