[发明专利]基于3,3′,5,5′-联苯四羧酸的镉金属有机框架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于3,3′,5,5′‑联苯四羧酸的镉金属有机框架材料及其制备方法和应用。该材料的结构单元为[Cd₄(BPTC)₂(DMA)₃(EtOH)(H₂O)(NMA)]·(DMA)，其中BPTC代表失去四个羧基上H原子的3,3′,5,5′‑联苯四羧酸阴离子、DMA代表N,N‑二甲基乙酰胺、EtOH代表乙醇、NMA代表N‑甲基乙酰胺，属于正交晶系Pbcn空间群，晶胞参数a为b为c为α为90^o、β为90^o、γ为90^o，V为该材料是以四水合硝酸镉为金属源，以3,3′,5,5′‑联苯四羧酸为配体，采用溶剂热法制备而成，其作为光催化剂用于降解有机染料亚甲基蓝、天青I、结晶紫、丁基罗丹明B、孔雀石绿、日落黄、甲基橙和丽春红等表现出显著的降解效果。

技术领域

本发明属于合成金属有机骨架材料技术领域，具体涉及一种基于3,3′,5,5′-联苯四羧酸的镉金属有机框架材料，以及该材料的制备方法和在紫外光光催化降解有机染料中的应用。

背景技术

目前环境污染已经成为人类健康、生态平衡和社会经济发展所面临的重大挑战。尤其是我国工业污水、工业染料、农业污水、有毒液体排放到自然湖泊、河流等自然水体，给环境带来压力和破坏。目前工业废水排放的主要污染源来自印染业行业，并且其中的有机染料具有组成复杂、高色度、有毒、强酸强碱性等复杂特点，从而导致水质污染严重、治理难、难降解等特点。而光催化降解染料则是一种应用和研究比较普遍的处理方法，常用于各种染料废水的处理，该方法具有高效、快捷等优点，该方法是通过发生光化学反应，将水中的一些物质除去，达到净化废水的目的。

随着光催化材料的迅速发展，具有半导体性能的金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks，简称MOFs)在光催化领域中得到关注。该类材料是由单一的金属原子(或金属簇)与多配位基团的有机配体组成结构规则，具有刚性多孔网的一类多孔材料。并且该类多孔MOFs材料具有可控孔道、比表面积较高、孔结构规则等特点，则可吸附特定染料分子；另外MOFs材料自身具有丰富的不饱和位点，这类金属位点是催化反应中的活性位点，且具有高度的选择。因此，基于MOFs材料在催化领域的重要作用及其广阔的发展空间，而且此类多孔金属有机骨架材料应用于光催化，其具有反应效率高，速度快，而且对多种有机污染物降解效果显著。因此，制备新型的环境友好、高效的金属有机框架材料，作为光催化剂，具有广泛基础研究价值和应用前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于3,3′,5,5′-联苯四羧酸的镉金属有机框架材料，并为该材料提供一种制备方法和应用。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：该基于3,3′,5,5′-联苯四羧酸的镉金属有机框架材料的结构单元为：[Cd₄(BPTC)₂(DMA)₃(EtOH)(H₂O)(NMA)]·(DMA)，其中BPTC代表失去四个羧基上H原子的3,3′,5,5′-联苯四羧酸阴离子、DMA代表N,N-二甲基乙酰胺、EtOH代表乙醇、NMA代表N-甲基乙酰胺；该材料属于正交晶系Pbcn空间群，晶胞参数a为b为c为α为90°、β为90°、γ为90°，V为

本发明基于3,3′,5,5′-联苯四羧酸的镉金属有机框架材料的制备方法为：以N,N-二甲基乙酰胺与乙醇、去离子水体积比为5～8:1～3:1的混合液为溶剂，将四水合硝酸镉与3,3′,5,5′-联苯四羧酸按摩尔比为1:2～4，在密闭条件下110～130℃恒温静置反应4～6天，冷却至室温，过滤，洗涤，干燥，制备成基于3,3′,5,5′-联苯四羧酸的镉金属有机框架材料。

上述制备方法中，优选以N,N-二甲基乙酰胺与乙醇、去离子水体积比为6:2:1的混合液为溶剂。

上述制备方法中，优选四水合硝酸镉与3,3′,5,5′-联苯四羧酸的摩尔比为1:2.7。