一种碳点复合MOF光催化剂的一步合成方法和应用

本发明涉及碳点复合mof光催化剂的制备方法及应用，它属于光催化功能材料领域。

背景技术：

1、我国的草木资源丰富，但目前大部分的木质素仍以废弃物的形式或作为低级燃料直接燃烧，在一定程度上造成了木质素资源的浪费。目前木质素解聚处理的技术包括：热解聚、离子液体解聚、光电催化解聚等。然而，多数解聚存在效率较慢、选择性偏低、成本较高、试剂不易回收、耗能较大、易引发污染等问题。为解决上述问题，需要一种反应条件温和、高效、低成本、无污染的新型催化木质素解聚技术。与其他木质素解聚技术相比，光催化技术具有无污染、稳定可控等突出优势，不仅使木质素得到有效利用，还可缓解资源危机维持可持续发展。

2、金属有机骨架具有比表面积大、孔体积大、结构可控、活性金属位点浓度高等特点，在催化和传感等领域得到了广泛的应用。近十年来，铁基金属有机框架mil-88a已被应用于水处理如重金属去除、化学储氢如析氢反应和析氧反应、光化学和电化学储能与转化。然而，mil-88a在光催化和发光传感器中的潜在应用面临着严重的电荷重组、太阳能利用率低、量子产率低、金属离子/簇与配体之间的电荷转移有限的挑战。近年来的研究表明，合理引入具有优异光学性能、独特量子约束和高电导率的碳点(cds)可以大大增强mil-88a的功能。现有的制备cds复合mil-88a材料的方法均是采用两步法，即首先分别制备mil-88a和cds，然后再将二者进行复合，这种方法制备周期长，步骤繁琐，同时这种方法得到材料用于光解木质素时，光催化效果差。本技术主要解决以上问题，采用一步水热法制备cds复合mil-88a材料，制备周期短、步骤简单、催化效率高。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有的碳点掺杂铁基金属有机框架的制备方法的制备周期长、步骤复杂、用于光解木质素时催化效率低的技术问题，而提出一种碳点复合mof光催化剂的一步合成方法和应用。

2、本发明的一种碳点复合mof光催化剂的一步合成方法，按以下步骤进行：

3、一、将2-甲基咪唑粉末溶于去离子水中，然后加入h2o2与乙二胺(eda)，搅拌均匀，得到混合液；将混合液放入超声波细胞破碎仪中，在超声波频率为20～25khz、功率为700～900w、冰浴条件下超声破碎分散10～30min，得到分散液；

4、二、将富马酸溶于热水中，再加入分散液混合均匀，然后再加入六水合氯化铁，得到混合溶液；将混合溶液转移到内衬聚四氟乙烯的反应釜中，在温度为150～160℃的条件恒温水热反应4～6h，反应完成后，离心分离，将固相物依次用水和乙醇洗涤干净，放入烘箱中烘干，得到碳点复合mof光催化剂。

5、进一步的，步骤一中所述的混合液中2-甲基咪唑的浓度为15～16mg/ml。

6、进一步的，步骤一中所述的混合液中2-甲基咪唑的质量与h2o2的体积之比为1g：(13～15)ml；h2o2与eda的体积之比为(9～10)：1。

7、进一步的，步骤二中所述的分散液的体积与富马酸的物质的量之比为10ml：(3～4)mmol。

8、进一步的，步骤二中所述有机配体富马酸与金属离子六水合氯化铁的摩尔比为(1～1.3):1。

9、进一步的，步骤二中所述热水的温度55～60℃，利于富马酸完全溶解。

10、进一步的，步骤二中所述离心分离时的转速为10000r/min，离心时间为5～10min。

11、上述方法制备的碳点复合mof光催化剂的应用，是将碳点复合mof光催化剂用于光催化降解碱性木质素。具体如下：

12、将碳点复合mof光催化剂分散到碱性木质素水溶液中，在光照条件下搅拌0.5～4h，完成碱性木质素的降解。

13、更进一步地，碳点复合mof光催化剂的加入质量为碱性木质素质量的10％～50％。

14、本发明的有益效果：

15、1、本发明利用一步合成法，制备了结构稳定的碳点复合mof光催化剂，简化了制备流程，提高了制备效率，并且制备过程可控，产物纯度高，易于实现大量合成，使快速化制备碳点复合mof材料成为可能。

16、2、以2-甲基咪唑为碳源制备碳点，通过一步水热合成法使碳点分布在mil-88a的表面及嵌入内部结构中，产生了更多活性位点，具有较好的导电性能和有效地加速光生电荷的分离，抑制光生电子与空穴的复合，能实现了对碱性木质素的光催化降解，光催化降解4h后木质素的降解率达到70％，缩短了降解时间，是一种可靠的非均相催化材料，具有突出的技术优势，可用于木质素降解领域。

技术特征：

1.一种碳点复合mof光催化剂的一步合成方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种碳点复合mof光催化剂的一步合成方法，其特征在于，步骤一中所述混合液中2-甲基咪唑的浓度为15～16mg/ml。

3.根据权利要求1或2所述的一种碳点复合mof光催化剂的一步合成方法，其特征在于，步骤一中混合液中的2-甲基咪唑的质量与h2o2体积之比为1g：(13～15)ml；h2o2与eda的体积之比为(9～10)：1。

4.根据权利要求1或2所述的一种碳点复合mof光催化剂的一步合成方法，其特征在于，步骤二中所述的分散液的体积与富马酸的物质的量之比为10ml：(3～4)mmol。

5.根据权利要求1或2所述的一种碳点复合mof光催化剂的一步合成方法，其特征在于，步骤二中所述富马酸与六水合氯化铁的摩尔比为(1～1.3):1。

6.根据权利要求1或2所述的一种碳点复合mof光催化剂的一步合成方法，其特征在于，步骤二中所述热水的温度55～60℃。

7.根据权利要求1或2所述的一种碳点复合mof光催化剂的一步合成方法，其特征在于，步骤二中所述离心分离时的转速为10000r/min，离心时间为5～10min。

8.权利要求1所述方法制备的一种碳点复合mof光催化剂的应用，其特征在于该应用是将碳点复合mof光催化剂用于光催化降解碱性木质素。

9.根据权利要求8所述的一种碳点复合mof光催化剂的应用，其特征在于利用碳点复合mof光催化剂光催化降解碱性木质素的方法是：将碳点复合mof光催化剂分散到碱性木质素水溶液中，在光照条件下搅拌0.5～4h，完成碱性木质素的降解。

10.根据权利要求9所述的一种碳点复合mof光催化剂的应用，其特征在于，碳点复合mof光催化剂的加入质量为碱性木质素质量的10％～50％。

技术总结
一种碳点复合MOF光催化剂的一步合成方法和应用，它涉及碳点复合MOF光催化剂的制备方法及应用，它是要解决现有的碳点掺杂铁基金属有机框架的制备方法的制备周期长、步骤复杂、催化效率低的技术问题。本方法：将2‑甲基咪唑、H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;与乙二胺的混合液放入超声波细胞破碎仪中破碎分散，再将分散液与富马酸、六水合氯化铁混合，混合溶液转移到反应釜进行水热反应，离心、洗涤、烘干后，得到碳点复合MOF光催化剂。本发明的利用2‑甲基咪唑为原料经超声波细胞破碎仪处理后制备的光催化剂用于光催化降解碱性木质素时，4小时后木质素的降解率达到70％，可用于木质素降解领域。

技术研发人员：孙常雁,杜青林,李德海,倪小雪,燕红
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/4