[发明专利]一种原位改性MIL-68(Fe)光催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种原位改性MIL‑68(Fe)光催化剂及其制备方法与应用。本发明以碳材料作为支撑骨架负载氯化铁，然后将其加入到对苯二甲酸、盐酸、氢氟酸的混合溶液中，通过简单的水热原位合成方法，生长MIL‑68(Fe)，形成高比表面积的晶体结构，所得改性MIL‑68(Fe)光催化剂具有优异的光催化性能，可同时进行光催化还原Cr(Ⅵ)和降解四环素。

技术领域

本发明属于改性纳米材料及其光催化技术领域，具体涉及一种原位改性MIL-68(Fe)光催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

重金属铬因其较高的毒性和致癌性得到了世界范围内广泛的关注。对污水中的铬进行去除从而避免其大范围扩散到环境中引起的饮用水污染至关重要。六价铬(Cr(Ⅵ))是一种常见的有毒重金属物质，在生态系统中被认为是致畸和诱变剂。许多报道已经证明了过量接触铬(Ⅵ)对水生生物的毒性效应。人们探索了化学还原、吸附、离子交换、沉淀和光催化还原等多种方法来去除Cr(Ⅵ)。而铬的不同价态表现出不同的生物毒性:Cr(III)的毒性远低于Cr(Ⅵ)，通过常规的化学和物理技术去除Cr(Ⅲ)比去除Cr(Ⅵ)更容易。光催化还原法由于其优良的性能，已成为一种新的水处理方法。

金属有机骨架材料(MOF)由于其独特的空间结构、超大比表面积、大的孔容，在过去的十年中成为了新一波的研究热点。迄今为止，MOF已成功应用于气体储存、吸附、分离、催化、药物传递等领域。自首次报道MOF-5的光催化活性以来，越来越多的MOF材料如Ni-MOF、MIL-101(Cr)、NH₂-MIL-68(In)、NH₂-UiO-66(Zr)被用作半导体光催化剂。在MOF材料中，Fe基金属有机框架材料(Fe-MOF)因其化学稳定性高、无毒、成本低、光敏性好而被认为是一种很有前途的光催化剂。近年来，一系列基于Fe(Ⅲ)的MOF，如MIL-53(Fe)、MIL-68(Fe)、MIL-88(Fe)、MIL-100(Fe)、MIL-101(Fe)等，被报道用于光催化染料降解或还原Cr(Ⅵ)。尽管MOF光催化剂在过去的几十年里取得了长足的发展，但由于其太阳能转换效率低、电导率低、快速e^-/h⁺复合等缺点，其光催化性能仍然不够优异。于是，许多研究试图通过利用其他材料构建异质结构来克服这些缺陷。这些策略有望调节MOF的光催化性能，但其需要使用昂贵的贵金属和复杂的制备过程，而且一些复合材料仍然需要清除剂辅助才能实现对Cr(Ⅵ)的还原去除，这极大的限制了其实际应用。MIL-68(Fe)是一种铁基金属有机骨架结构，其结构由Fe(OH)₂O₄角共用八面体链通过对苯二甲酸连接组成。与其他Fe-MOF相比，关于MIL-68(Fe)光催化应用的报道相对较少。事实上，MIL-68(Fe)也表现出了优异的光催化性能，但其微观尺寸比其他Fe-MOF大得多，这在一定程度上阻碍了MIL-68(Fe)的光催化应用。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种原位改性MIL-68(Fe)光催化剂的制备方法。

本发明通过简单的原位合成方法，以碳材料作为支撑骨架，生长MIL-68(Fe)，形成高比表面积的晶体结构，所得改性MIL-68(Fe)可同时进行光催化还原Cr(Ⅵ)和降解四环素。

本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种原位改性MIL-68(Fe)光催化剂。

本发明的再一目的在于提供上述一种原位改性MIL-68(Fe)光催化剂在光催化去除六价铬和四环素中的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种原位改性MIL-68(Fe)光催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)将尿素碳化得到碳材料；

(2)将步骤(1)的碳材料和氯化铁加入水中，搅拌负载，离心，取碳材料沉淀；