一种UV-Vis-NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种UV

【技术实现步骤摘要】
一种UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于光催化剂
，更具体的说是涉及一种UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]氮氧化物(NO
X
)，主要来自工业、电厂中的化石燃料燃烧以及汽车尾气排放，是造成酸雨、雾霾和光化学烟雾等环境问题的主要气体污染物原因之一。不仅严重危害自然环境，同时产生的酸雨和雾霾又会引发人体严重的呼吸系统疾病、心肺疾病甚至是早逝，严重危害人类健康。虽然一些传统的NO
X
减排技术，如吸附、选择性非催化还原(SNCR)、选择性催化还原(SCR)等可以有效地去除燃烧尾气中的高浓度的NO
X
，但对于去除大气中低浓度即十亿分之一(ppb)水平的NO
X
在经济上是不可行的。光催化技术具有直接利用太阳光驱动、几乎无二次污染等优势，是一种绿色高效的气体污染物净化技术，在温和的反应条件下能实现对ppb水平NO
X
的有效去除。
[0003]目前，光催化去除NO
X
主要是利用紫外光(UV)和可见光(Vis)，但只有不到5％的太阳光能被具有UV活性的光催化剂利用，且只有不到50％的太阳光能被具有UV
‑
Vis活性的宽光谱光催化剂利用。而近红外(NIR)光占据着太阳光总辐射能量的40％以上，作为太阳光能的重要组成部分，NIR光在光催化去除NO
X
的研究中具有极高的应用，开发UV
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Vis
‑
NIR宽光谱光催化剂对实现全天候光催化去除NO
X
具有重大意义。
[0004]金属有机骨架(MOF)是一类由金属团簇和机配体配位的形成的多孔材料。由于MOF材料具有高的比表面积和有序可调的介孔结构，有利于吸附大气中低浓度的NO
X
气体。同时MOF材料的电子结构可调性可使得MOF材料能够形成良好的光响应。这些优势使得其能成为光催化去除低浓度NO
X
的理想材料。
[0005]因此，如何提供一种UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的制备方法及其应用成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的制备方法及其应用，利用微波对含有锆源和有机配体的溶液进行快速均匀加热，在酸的调控下，制备得到功能化MOF Br
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UIO
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66，具有良好的UV
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Vis
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NIR宽光谱响应。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种UV
‑
Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂，在有机配体中引入官能团。
[0009]一种UV
‑
Vis
‑
NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0010]取一支洁净的石英微波反应管置于微波反应架上，加入锆源超声分散于N
’
N
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二甲基甲酰胺，不断搅拌的条件下加入2
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溴基对苯二甲酸，待完全溶解后加入浓盐酸，搅拌混合5min后，将微波反应架转入含有去离子水的微波反应腔体内并密封反应腔体；微波功率800
～1400w，初始压力为0～35bar，反应温度为80～200℃，反应时间为10～50min，冷却至室温后，将材料用N
’
N
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二甲基甲酰胺、甲醇分别离心洗涤4次并真空干燥得到UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF Br
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UIO
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66。
[0011]优选的，所加入N
’
N
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二甲基甲酰胺的量为10mL～40mL，其中最优为20mL。
[0012]优选的，锆源中的锆原子与2
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溴基对苯二甲酸的物质的量之比1:0.5～1:5，优选为1:1。
[0013]优选的，所加入的浓盐酸与锆源中锆原子的物质的量之比为10:1～25:1，优选为15:1。
[0014]优选的，所述的锆源包括氧氯化锆、四氯化锆的一种，优选为四氯化锆。
[0015]一种采用上述制备方法得到的UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的应用，应用于光催化氧化NO。
[0016]优选的，应用于光催化氧化NO的方法包括如下步骤：将催化剂粉末平铺在反应器中，通入一定浓度的NO和高纯空气的混合气，流动相气体流速为2000～8000sccm，在单色光和氙灯照射下，进行光催化氧化NO。
[0017]优选的，NO的加入浓度为200～1000ppb。
[0018]优选的，单色光采用波长600nm单色光，氙灯采用波长≥420nm的氙灯。
[0019]本专利技术的有益效果在于：
[0020]本专利技术所使用的化学试剂均为常用试剂，与目前常用的水热法相比，制备工艺简单、耗时短、操作方便，产生的污染极少，合成的催化剂稳定性好，活性高，循环效率好。本专利技术利用微波对含有锆源和有机配体的溶液进行快速均匀加热，在酸的调控下，制备得到功能化MOF Br
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UIO
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66，具有良好的UV
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Vis
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NIR宽光谱响应，在室温可见光和近红外光下，对于流动气相光催化氧化NO的反应，NO气体去除率高，其NIR光催化活性远高于常见光催化剂。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0022]图1为实施例1所制得的UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的XRD图谱。
[0023]图2为实施例2所制得的UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂样品的NO氧化去除率反应进程图。
[0024]图3为实施例3所制得的UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂样品的NO氧化去除率反应进程图。
[0025]图4为实施例4所制得的UV
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂，其特征在于，在有机配体中引入官能团。2.一种UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：取一支洁净的石英微波反应管置于微波反应架上，加入锆源超声分散于N
’
N
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二甲基甲酰胺，不断搅拌的条件下加入2
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溴基对苯二甲酸，待完全溶解后加入浓盐酸，搅拌混合5min后，将微波反应架转入含有去离子水的微波反应腔体内并密封反应腔体；微波功率800～1400w，初始压力为0～35bar，反应温度为80～200℃，反应时间为10～50min，冷却至室温后，将材料用N
’
N
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二甲基甲酰胺、甲醇分别离心洗涤4次并真空干燥得到UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF Br
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UIO
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66。3.根据权利要求2所述的一种UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的制备方法，其特征在于，所加入N
’
N
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二甲基甲酰胺的量为10mL～40mL。4.根据权利要求2所述的一种UV
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Vis
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NIR宽光谱响应的功能化MOF催化剂的制备方法，其特征在于，锆源中的锆原子与2

【专利技术属性】
技术研发人员：张蝶青，陈玲珑，赵晶晶，王蓓，万哲，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：