[发明专利]一种过渡金属掺杂MIL-88气凝胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种过渡金属掺杂MIL‑88气凝胶材料及其制备方法和应用，基于水热法在以六水合氯化铁和富马酸为原料合成MIL‑88的过程中利用过渡金属硝酸盐实现原位掺杂，并利用羧甲基纤维素钠进一步合成过渡金属掺杂的MIL‑88气凝胶应用于活化PDS降解水中有机物。本制备方法具有工艺简单、可操作性强、易于实现工业化生产。本发明方法制备的过渡金属掺杂的MIL‑88气凝胶实现了高效、稳定的PDS活化效果，并由此实现了高效的水体中有机污染物的降解同时解决了粉末MOF催化剂难以回收的难题。

技术领域

本发明涉及一种过渡金属掺杂MIL-88气凝胶材料及其制备方法和应用，属于复合材料制备领域并涉及气凝胶催化降解水中有机污染物领域。

技术背景

水质的安全对社会环境和人类的健康息息相关。近几十年来，有机污染物造成的水环境污染进一步恶化，水污染对人类健康的危害主要有以水为媒介的传染病、急性和慢性中毒以及致癌等作用。因此，降解水中有机污染物已成为缓解当前水污染问题的关键所在。

高级氧化法(AOPs)因其具有操作过程简单，所需反应条件温和，处理效果高效等优点，成为近年来国内外研究学者研究的十分具有应用前景的废水处理方法。常用的高级氧化法可根据氧化剂的种类以及催化条件等细分，其中·SO₄^-的高级氧化法，因其成本低、稳定性好、溶解性高等优势，成为近年来发展起来的新技术之一。过渡金属活化方法由于其操作简易，在常温常压下即可发挥其高效的催化氧化性能。金属-有机框架(Metal-organicframeworks,MOFs)通过金属离子和可调节的有机连接簇之间的连接组装成晶体(纳米)粒子。桥接配体类型多样的MOFs是一种灵活的前体材料，可用于合成各种多功能复合平台，并与单个材料表现出良好的协同性能。MOFs材料在催化方面具有优越性能，但传统的粉体催化剂存在颗粒团聚、分离效果差、回收性差，限制了其工业化应用进程。因此，开发一种制备过程简单、成本低、活性组分高度分散的催化剂，对提高MOFs催化降解效率，降低水体抗生素浓度，具有重要意义。

解决此缺陷的有效方法是将MOFs固定在合适的载体上，而以传统三氧化二铝，分子筛和活性炭为载体限制了其催化性能。气凝胶是一种集高弹性、强吸附和多孔性于一体的三维宏观材料，可以很好地满足作为载体的需求。羧甲基纤维素钠(CMC)是一种亲水性阴离子纤维素衍生物，由于其可再生、无毒、亲水性、可生物降解性、固有刚度和有效方向性，从材料的角度来看被认为是一种优良的载体材料。MOFs与CMC的结合已经成为一类新型的先进材料，因此，我们使用了一种新颖的、简单的合成方法，通过超声辅助的方法来协调MOFs和CMC。

，其中高级氧化技术因其氧化能力强、操作简便而受到很多研究者的广泛关注。因此，开发有效提高氧化剂活化效率的催化剂是十分必要的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种过渡金属掺杂MIL-88气凝胶材料的制备及其应用。

一方面，本发明提供了一种过渡金属掺杂MIL-88气凝胶材料，所述的气凝胶材料的组成结构通式为ax-MA-y，其中MA代表MIL-88气凝胶，a代表掺杂的过渡金属，x代表掺杂的过渡金属摩尔质量占过渡金属硝酸盐与六水合氯化铁总摩尔质量的百分比，y代表催化剂粉末占催化剂与CMC用量总和的质量百分比。

本发明的另一目的是提供一种过渡金属掺杂MIL-88气凝胶材料的制备方法。

一种过渡金属掺杂MIL-88气凝胶材料的制备方法，包括如下步骤：

1)取一定量去离子水于烧杯中，依次加入一定量的过渡金属硝酸盐、六水合氯化铁及富马酸后加热至一定温度并搅拌60～120min，随后将混合液转移至水热反应釜反应10～24h，得到红褐色沉淀。将所述的沉淀经热乙醇多次离心洗涤后于真空干燥12～24h，得到过渡金属掺杂的MIL-88催化剂。