一种稀土金属掺杂的MOF-Ti4O7复合电极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稀土金属掺杂的MOF

【技术实现步骤摘要】
一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极的制备方法


[0001]本专利技术涉及电化学
，具体为一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，高级氧化技术在焦化废水、垃圾渗滤液等深度处理方面具有广泛应用和显著优势，其中电化学氧化技术因其无需药剂添加、绿色环保、操作简便、处理能效高等优点从中脱颖而出。Ti4O7是一种全新的节能高效环保型电极材料，其具有高的耐酸碱腐蚀性、耐磨性以及良好的稳定性和耐久性，具有高的电导率、化学稳定性和宽的电势窗口等优点。Ti4O7阳极可通过直接电子转移降解污染物，也可以通过产生羟基自由基对污染物进行间接氧化去除，是一种理想的污水处理电极材料。但是Ti4O7作为阳极材料仍然存在羟基自由基产率低、电荷转移速率不高的问题，从而限制其进一步地推广应用。因此，目前急需发展一种能够显著改善Ti4O7阳极催化活性的电极制备方法。
[0003]稀土MOFs由于荧光、磁性、传感性质，近年来引起了研究者的广泛关注。稀土离子具有具有高配位数、高电荷以及未完全充满的4f电子层结构，从而更易于羧酸有机配体这类的氧供给配体或氮供给配体相结合，由于稀土离子与配体的协同效应，可以合成多种性能良好，结构多样的稀土MOFs材料。因此，有望将稀土MOFs与Ti4O7结合从而制备出稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种稀土金属掺杂的MOF<br/>‑
Ti4O7复合电极的制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极的制备方法，包括以下步骤：
[0007]取硅藻土、助剂，搅拌均匀，加入Ti4O7粉末、稀土MOFs粉末、丙酮溶液超声混合均匀，加热搅拌，真空烘干，得到混合粉末，利用放电等离子烧结技术进行高温烧结，放电等离子烧结的升温速率为50
‑
60℃/min，烧结温度为1000
‑
1100℃，烧结时间为20
‑
30min，烧结压力为2
‑
4MPa，制得电极。
[0008]较为优化地，所述稀土MOFs粉末中的稀土金属为镧、铈、镨、铽、钇、钕、钷、钐、铕、钆中的任意一种或多种。
[0009]较为优化地，所述Ti4O7粉末的直径为100nm
‑
1μm。
[0010]较为优化地，所述混合粉末包括以下成分：以重量份数计，0.4
‑
0.8份硅藻土、2
‑
3.5份助剂、0.8
‑
1.5份Ti4O7粉末，0.8
‑
1.5份稀土MOFs粉末。
[0011]较为优化地，所述超声混合时间为30
‑
90min。
[0012]较为优化地，所述加热搅拌速度为150
‑
180r/min，加热温度为60
‑
80℃。
[0013]较为优化地，所述真空烘干温度为70
‑
90℃，干燥时间为10
‑
24h。
[0014]较为优化地，所述助剂的制备方法为：在改性聚乙烯醇中加入十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、去离子水，搅拌均匀后加入丁醛和盐酸，降温，温度为8
‑
10℃，反应1
‑
1.5h，反应结束后调节pH为8
‑
9，得到助剂。
[0015]较为优化地，所述改性聚乙烯醇的制备方法为：取聚乙烯醇、二甲基亚砜在50
‑
55℃下搅拌均匀，加入三乙胺、丁二酸酐，反应1.5
‑
2.5h，加入N
‑
羟基琥珀酰亚胺、1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐，反应20
‑
40min，加入端氨基支化聚合物，搅拌22
‑
26h，得到改性聚乙烯醇。
[0016]较为优化地，所述端氨基支化聚合物的制备方法为：取二乙烯三胺、N，N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、N，N
‑
二甲基甲酰胺，在60
‑
70℃下反应22
‑
24h，得到端氨基支化聚合物。
[0017]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0018](1)本专利技术通过在Ti4O7电极制备过程中引入稀土MOFs晶体材料，其在等离子烧结过程中形成碳/稀土金属氧化物，可一步实现稀土金属掺杂，提升了导电性，有利于增强界面电荷转移速率，提升电极催化活性和稳定性。
[0019](2)本专利技术中加入了硅藻土，硅藻土比表面积大，在其上负载Ti4O7粉末和稀土MOF粉末，可以防止Ti4O7粉末和稀土MOF粉末的团聚。加入改性聚乙烯醇，改性聚乙烯醇上的氨基可以与硅藻土上的硅羟基发生反应，使得负载Ti4O7粉末和稀土MOF粉末的硅藻土在体系中分散地更均匀，改善Ti4O7电极的催化活性、稳定性以及降解污染物的能力。
具体实施方式
[0020]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]实施例1
[0022]一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极的制备，具体步骤如下：
[0023]取0.8g直径100nm的Ti4O7粉末和0.8g铽基MOF粉末于50mL丙酮溶液中超声混合均匀，时间为30min，加热搅拌至近干，搅拌速度为150r/min，加热温度为60℃，70℃下真空烘干，烘干时间为10h，制得混合粉末；采用放电等离子烧结于高温高压下进行烧结，升温速率为50℃/min，烧结时压力为2MPa，烧结温度为1000℃，烧结时间为20min，制得电极。
[0024]直径100nm的Ti4O7粉末购自北京利河伯新材料有限公司。
[0025]铽基MOF粉末的制备，将0.91g硝酸铽六水合物和0.64g 2，5
‑
呋喃二羧酸加入含50mLN,N
‑
二甲基甲酰胺溶剂的聚四氟乙烯反应釜内，超声震荡30min后，将反应釜置于恒温干燥箱中，在120℃保温24h，反应结束后自然冷却至室温，先后用N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醇分别洗涤3次，然后90℃真空干燥12h，即制得铽基MOF粉末。
[0026]实施例2
[0027]一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极，具体步骤如下：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：取硅藻土、助剂，搅拌均匀，加入Ti4O7粉末、稀土MOFs粉末、丙酮溶液超声混合均匀，加热搅拌，真空烘干，得到混合粉末，利用放电等离子烧结技术进行高温烧结，放电等离子烧结的升温速率为50
‑
60℃/min，烧结温度为1000
‑
1100℃，烧结时间为20
‑
30min，烧结压力为2
‑
4MPa，制得电极。2.根据权利要求1所述的一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：所述稀土MOFs粉末中的稀土金属为镧、铈、镨、铽、钇、钕、钷、钐、铕、钆中的任意一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：所述Ti4O7粉末的直径为100nm
‑
1μm。4.根据权利要求1所述的一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：所述混合粉末包括以下成分：以重量份数计，0.4
‑
0.8份硅藻土、2
‑
3.5份助剂、0.8
‑
1.5份Ti4O7粉末，0.8
‑
1.5份稀土MOFs粉末。5.根据权利要求1所述的一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：所述超声混合时间为30
‑
90min。6.根据权利要求1所述的一种稀土金属掺杂的MOF
‑
Ti4O7复合电极的制备方法，其特征在于：所述加热搅拌速度为150
‑
180r/min，加热温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨草，陈爵钦，李少杰，王剑，吴涵仪，
申请(专利权)人：华工同创深圳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：