[发明专利]一种过渡金属修饰TiO2

说明书

本发明公开了一种过渡金属修饰TiO₂‑MOFs膜的复合电极的制备方法，包括以下步骤：1）MOFs膜材料的制备；2）TiO₂‑MOFs膜的制备；3）过渡金属修饰TiO₂‑MOFs膜复合电极的制备。本发明还公开了该过渡金属修饰TiO₂‑MOFs膜的复合电极及其应用。该过渡金属修饰TiO₂‑MOFs膜的复合电极可以制备电化学和光催化电极材料，用于光电耦合水处理体系。该制备方法取材方便、工艺操作简单、成本低、该复合电极光电催化活性高、性质稳定，能有效处理水污染。利用本发明所制备的过渡金属修饰TiO₂‑MOFs膜复合电极在光电耦合降解去除有机滤光剂污染物具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种过渡金属修饰TiO₂-MOFs膜的复合电极及其制备方法和应用，具体涉及利用过渡金属修饰TiO₂-MOFs膜的复合电极在水污染处理或在光/电化学耦合体系降解有机滤光剂方面的应用。

背景技术

有机滤光剂(Organic UV Filters，OUVFs)是指具有羰基共轭或杂环的芳香族有机物，能够强烈地选择性吸收紫外线。它们被广泛地应用于防晒霜、化妆品和个人护理产品中。此外，OUVFs还被添加到家居产品、纺织品、塑料、光学产品、农业化学品和涂料等产品中，保护材料防止其老化和黄化。人们对防晒需求的提高，促使了防晒市场快速增长。据统计，每年超过10000吨的滤光剂被生产并投入到全球的市场中。中国拥有世界最大的二苯甲酮类(BPs)有机滤光剂的生产厂家，每年约有4000吨的二苯甲酮类化合物被生产使用。有机滤光剂在为人类健康提供防护的同时，也给生态环境带来了新的挑战。城市污水处理厂出水排放是OUVFs向环境迁移最重要的途径，传统处理技术去除此类污染物的能力十分有限。因此需要研究降解效果更好的工艺，进一步提高污水处理的水质。

在光/电化学耦合体系中，电极材料是影响耦合效果的主要因素。金属－有机骨架材料(MOFs)是一种新型的有机－无机交互杂合的超分子材料，多孔性、功能性的有机配体、可调节孔径等特点使其成为最有前景的高孔隙度的材料。MOFs材料用于有有机物催化分解，对于废水处理、环境保护很有意义。由于其多种性能如无毒性，水不溶性，低成本，有利的带边缘位置等成为光催化技术中被最广泛研究的半导体纳米材料之一，同时，其又表现出强的光催化活性，光化学稳定性和高的光转换效率。单金属氧化物或多金属氧化物是指铁与若干种金属元素复合而成的特殊氧化物，其比表面积大、良好的催化作用、磁性强便于回收利用等特点，其在废水处理中的应用得到了科研人员的深入研究。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供了一种过渡金属修饰TiO₂-MOFs膜复合电极的制备方法。该制备方法取材方便、工艺操作简单、成本低、制备得到的复合电极光电催化活性高、性质稳定，可以低能耗、高效率对水污染进行处理。

本发明还要解决的技术问题是提供了所述的制备方法得到的过渡金属修饰TiO₂-MOFs膜复合电极。本发明制备的过渡金属修饰TiO₂-MOFs膜复合电极可以作为光催化剂和电化学阴极材料，用于光/电化学耦合水处理体系，作为阴极促进反应过程中活性自由基的生成，提高催化体系的处理效能。

该电极的制备中形成的TiO₂为锐钛矿型，过渡金属会形成单金属氧化物或多金属氧化物为V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu和Zn等氧化物或多元素复合式氧化物。

本发明最后要解决的技术问题是提供了过渡金属修饰TiO₂-MOFs膜复合电极的应用。利用本发明所制备的过渡金属修饰TiO₂-MOFs膜复合电极在光/电化学耦合系统降解处理有机滤光剂污染物具有广阔的应用前景。