[发明专利]一种ZIF-8基多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于环境催化材料技术领域，公开了一种ZIF‑8基多孔碳材料及其制备方法和应用，所述ZIF‑8基多孔碳材料以原位负载金属盐的ZIF‑8材料为原料，通过热解自活化的方法制备得到，其光谱吸收范围拓展至可见光波段，吸附‑光催化降解亚甲基蓝的效率达到90％以上，可应用于吸附‑光催化降解有机污染物领域。本发明提出的制备方法工艺简单、环保性能好，无需额外添加活化剂，利用热解产物的活化作用和负载金属盐在热解过程中的催化作用，构筑微孔‑介孔多级孔隙结构，在吸附‑光催化降解有机污染物领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及环境催化材料技术领域，具体涉及一种ZIF-8基多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会经济的发展，环境问题逐渐成为人类不可回避的现实问题，以环境保护为目的的催化化学在解决环境污染问题中起到重要的作用。光催化是最有前景的催化化学技术之一，在环境修复领域应用广泛。光催化材料作为光催化领域的核心，也引起了人们的广泛关注。通常来讲，光催化材料需要具有无毒、热稳定性、化学稳定性好等特点，同时具有较高的光吸收能力和光生载流子分离效率，从而实现较好的光催化效果。

ZIFs即沸石咪唑酯骨架结构材料，是由有机咪唑酯交联连接到金属离子中心上形成的四面体框架多孔晶体材料。ZIFs作为一种新型的MOFs(金属-有机骨架)材料，既具有无机沸石材料的高稳定特性，也具有MOFs材料的高孔隙率和结构可调特性，这些特点有利于其在高效催化和分离过程等领域中的应用。在ZIFs系列材料中，ZIF-8由咪唑酯配体与Zn²⁺中心通过配位作用形成，广泛应用于光电、传感、吸附、气体储存与分离等领域。但由于ZIF-8的带隙能量较宽、光谱吸收范围窄，只能在紫外光波段激发，而紫外光能量仅占太阳光的5％，因此在实际应用中受到极大的限制。

通过在惰性气氛下进行高温碳化，可以得到纳米碳包裹ZnO的ZIF-8基多孔碳材料。在《ZIF-8基多孔碳的制备及吸附性能》(王春宇，张晶等.ZIF-8基多孔碳的制备及吸附性能.化工进展，2017，36(1)：299-303)一文中报道了通过高温碳化使ZIF-8转化为ZnO-C复合多孔材料，并指出将ZIF-8置于氮气氛围中煅烧，当煅烧温度达到800℃以上时会形成多孔碳，且煅烧温度越高，煅烧样品的比表面积越高，多孔碳中介孔和大孔所占比例越大，1000℃碳化所形成的多孔碳的亚甲基蓝脱除效果优于市售的活性炭，主要与高的表面积及多的介孔及大孔相关。因此采用高温条件下直接碳化的方法，要想达到较好的光催化降解效果，需要较高的煅烧温度(至少1000℃)，制备所需能耗较高。

发明内容

有鉴于此，针对目前直接高温碳化方式制备得到的ZIF-8基多孔碳材料的不足，本发明提供了一种新的ZIF-8基多孔碳材料及其制备方法，解决了现有ZIF-8基多孔碳材料存在的高温碳化反应能耗高的问题并将ZIF-8基多孔碳材料的光谱响应波段拓展至可见光范围，同时提供了该材料在吸附-光催化降解有机污染物领域中的应用，提供了一种效果优异的光催化材料。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案首先提供了一种ZIF-8基多孔碳材料，它是以原位负载金属盐的ZIF-8材料为原料，通过热解自活化的方法制备得到，所述ZIF-8基多孔碳材料具有微孔-介孔多级孔隙结构；其中，所述原位负载金属盐的ZIF-8材料通过将金属盐溶解在含有锌前驱体和有机配体的甲醇溶液中，采用溶剂热合成的方法制备得到。

通过上述制备方法得到的ZIF-8基多孔碳材料的微孔-介孔多级孔隙结构的所述微孔与所述介孔的比例为70％～80％:30％～20％，比表面积≥600m²/g，光谱响应波段可拓展至400～700nm的可见光范围，从而拓展了ZIF-8基多孔碳材料作为光催化材料的吸收光谱范围，提升了多孔碳材料的吸附-光催化反应性能。

然后，本发明还提供了一种ZIF-8基多孔碳材料的制备方法的技术方案，它具体包括下述步骤：

(1)制备负载金属盐的ZIF-8材料：