一种金属有机框架材料的方法及绿色催化合成双氧水的应用

本发明涉及双氧水的制备方法，具体涉及一种在高能射线条件下利用催化剂催化制备双氧水的方法。

背景技术：

1、近代以来能源工业发展迅速，已成为国民经济的命脉之一。但全球能源价格飙升，一场能源危机席卷而来，至今仍未完全缓解。当前，全球能源格局处于深度调整中，传统的化石能源逐渐被清洁低碳能源取代，而核能在构建现代能源体系、保护生态环境、应对气候变化、实现碳中和目标、促进科技进步、提高国家综合实力和保障能源安全等方面均可以发挥重要作用。目前开发的新能源和可再生能源如太阳能、风能、海洋能等，都会受到地理位置和季节的限制等条件的限制，阻碍了它们的大规模建设利用。核能由于其超高的能量密度；核能发电不会产生二氧化硫等有害气体，不会对空气造成污染；发电量一致的情况下，核电所消耗的核燃料比同样功率的火电厂所消耗的化石燃料要少得多；相对于风能、太阳能等可再生能源来说，核能发电在占地规模及能源供应安全性方面有着显著优势。核能无论从经济上，还是环保上来说，都被认为是一种很有前途的传统能源的替代品。

2、传统的h2o2合成，主要由蒽醌(aq)氧化过程生产，该过程需要大量化石燃料能源输入并产生有害废物。高需求正在推动研究人员开发h2o2生产的替代可持续途径。光催化剂光化学合成h2o2在受限于光源等原因，往往不能大批量生产，长期滞留于实验室水平，严重阻碍其工业应用的征程，且经济可行性也备受争议。

3、核能中的高能射线或粒子(伽马、电子束、质子等)所负载的能量远高于分子键能，理论上可以实现自然界中任一分子化。而且其广泛的被应用于医疗和核工业，已经具备成熟的实用条件。高能射线催化制备过氧化氢具备了反应底物成本低廉，少量催化剂的条件下快速实现o2的资源化，迅速合成过氧化氢。随着我国工业和医用加速器的推广，该项技术具有广阔的产业化前景，为可持续生成h2o2提供了新的绿色可行的解决方案

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种一步法合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料的方法及高能射线绿色催化合成双氧水的应用。根据以上研究背景，本发明致力于通过x射线、γ射线α射线以及电子加速器等高能射线的手段，配合氧气和催化剂的手段选择性合成过氧化氢，提供一种新型材料用于高能射线环境下的过氧化氢合成。

2、本发明采用以下技术方案：

3、s1、将氯化镍、配体和高原子序数的金属盐，加入到n,n二甲基甲酰胺中，并搅拌均匀得到混合溶液。

4、s2、在上述溶液中加入水、乙醇以及三乙胺，并充分反应。洗涤干燥得到封装有高原子序数元素的金属有机框架材料催化剂。

5、s3、向容器中加入封装有高原子序数元素的金属有机框架材料并通入氧气，利用高能射线辐照，即可合成双氧水。

6、优选的，高原子序数的金属盐包括氯化锆、氯化铪、氯化钍、氯化铬、氯化钼和氯化钨中的任何一个，其中金属盐与氯化镍的质量比为9:1,7:3,5:5以及3:7。

7、优选的，上述配体为对苯二甲酸、均苯三甲酸和2,5-二羟基对苯二甲酸

8、优选的，上述氯化镍、配体和高原子序数的金属盐按照9:10:1,7:10:3,5:10:5以及3:10:7的质量比配置。

9、优选的，上述n,n二甲基甲酰胺的体积为16-80ml之间

10、优选的，上述溶剂热反应中，溶液加水和乙醇量相同，分别为1-3ml，三乙胺为0ml。超声法反应中，溶液加水和乙醇量相同，分别为1-3ml，三乙胺为1-3m.

11、优选的，上述溶剂热反应温度为100-140度，反应时间为10-14h。干燥条件为真空条件下60-80度干燥。

12、超声法反应时间为8-10h。干燥条件为真空条件下60-80度干燥。

13、优选的，上述洗涤所选用的洗涤液为乙醇和水，分别洗涤2-3次。

14、优选的，将上述催化剂和水按照质量比为1:1500的质量比分散到水中，并利用60co、电子加速器、x射线源、α射线提供电离辐射能量源。

15、本发明的有益效果：

16、本发明能够在常温下进行，工艺简单，可控性较强。

17、本发明所设计到的辐射源均是在产业化的基础上提出的，工业化优势明显

技术特征：

1.一种一步法合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料用于高能射线催化合成双氧水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一步法合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料用于高能射线催化合成双氧水的方法，其特征在于，s1中的高原子序数的金属盐包括氯化锆、氯化铪、氯化钍、氯化铬、氯化钼和氯化钨中的任何一个，其中金属盐与氯化镍的质量比为9:1,7:3,5:5以及3:7。

3.根据权利要求1所述的一步法合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料用于高能射线催化合成双氧水的方法，其特征在于，s1中配体为对苯二甲酸、均苯三甲酸和2,5-二羟基对苯二甲酸。

4.根据权利要求1所述的一步法合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料用于高能射线催化合成双氧水的方法，其特征在于，s2中的水、乙醇含量为总溶液体积的1/16或者1/8，三乙胺为0-3ml。

5.根据权利要求书1所述的一步法合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料用于高能射线催化合成双氧水的方法，其特征在于，反应方式分为溶剂热和超声法合成；

6.根据权利要求1所述的一步法合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料用于高能射线催化合成双氧水的方法，其特征在于，s3中，保持高能射线照射的同时，以1-3l/min的速度向反应容器中通入含氧气体，其中氧气含量为21％-93％。

7.根据权利要求1所述的一步法合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料用于高能射线催化合成双氧水的方法，其特征在于，s3中，反应全程应当在具有屏蔽高能射线且避光的反应环境中进行。

8.根据权利要求1所述的一步法合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料用于高能射线催化合成双氧水的方法，其特征在于，所述s3中，高能射线包括质子束、电子束、离子束、α、β或γ射线。

9.合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料在高能射线绿色催化合成双氧水的应用。

技术总结
本发明公开了一种一步法合成封装高原子序数氧化物的金属有机框架材料的方法及高能射线绿色催化合成双氧水的应用。本发明利用高原子序数掺杂金属有机框架材料作为催化剂，将其分散在水中并保持氧气氛围，通过X射线、γ射线α射线以及电子加速器等高能射线即可得到双氧水，本发明方法简单，相比于工业化的蒽醌法，不需要大型设备且不会有污染；相比于电催化法，不需要添加电解质；相比于直接氢氧合成法，不需要氢气与氧气混合，不会有爆炸风险；相比于光催化剂，不需要添加额外的牺牲剂，在纯水中即可合成双氧水，有利于后期其分离和收集。本发明能够在纯水中实现H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;合成，具有巨大的经济价值和广阔的应用价值。

技术研发人员：马骏,王璇,胡长江,赵君毅
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17