一种双金属有机骨架材料Ce-MIL-88B(Fe)光催化剂的制备及其应用制造技术

一种双金属有机骨架材料Ce

【技术实现步骤摘要】
一种双金属有机骨架材料Ce
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MIL
‑
88B(Fe)光催化剂的制备及其应用


[0001]本专利技术属于化学化工、催化功能制备
，具体涉及一种双金属有机骨架Ce
‑
MIL
‑
88B(Fe)光催化剂的制备方法，一种新型铈掺杂的MIL
‑
88B(Fe)纳米材料通过光芬顿氧化亚硝酸盐及协同吸附As(
Ⅴ
)的应用。

技术介绍

[0002]随着工业的发展和人们生活水平的提高，对能源的渴求也不断增加，我国目前能源结构和电力结构中仍以煤炭作为主要能源消耗。燃煤烟气中含有各种有害污染物，包括SO2、NOx、有毒非金属和重金属等，对人体健康有害。减少燃煤烟气的污染已成为当今大气环境治理的当务之急。
[0003]近年来，有研究针对工业锅炉和熔炉运营成本高，烟气条件多变等问题，提出适用于低负荷工业锅炉，能协同脱除SO2和NOx的经济高效的方法。该方法由三部分组成：1)初始吸收器使用NH4OH预吸收SO2；2)采用UV
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热/H2O2混合催化反应器，利用羟基自由基(HO
·
)氧化NO；(3)利用(NH4)2SO3，使用主吸收器吸收产生的NO2，得到主要产物为NH4NO2和(NH4)2SO4。由于前端(NH4)2SO3吸收剂的使用，该工艺最后会产生大量的NO2
‑
(～400mg/L)，导致废水的高毒性和高不稳定性。在2017年，世界卫生组织国际癌症研究机构已将亚硝酸盐列在2A类致癌物清单中。亚硝酸盐类食物中毒会引起乌嘴病、高铁血红蛋白症等，成为危害人类健康的一大元凶。由于脱硝脱硫工艺后端出现的亚硝酸盐无法得到很好的解决，可能对环境中的大气和水造成较高的危害。
[0004]上述工艺脱硫脱硝浆液富含来自烟气的挥发性有毒污染物，包括汞、硒和砷。这些污染物被浆液富集，如果外排将会产生大量的再排放和二次环境风险。因此，从脱硫脱硝浆液中有效分离挥发性有毒污染物是另一大挑战。其中，砷主要以AsO33
‑
(Ⅲ)以及AsO43
‑
(
Ⅴ
)两种形式存在，大多数现有的除砷技术将As(III)预氧化为As(V)进行处理，由于有氧环境中含氧酸根离子的pH依赖性去质子化效应，As(V)也被认为是砷的最稳定形式。砷主要影响细胞呼吸，造成有丝分裂功能障碍，过量摄入易导致皮肤癌和肺癌。因此浆液中As(V)的去除已成为现阶段环境处理中亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0005]针对当前UV
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热/H2O2氧化结合双区域吸收的综合方法来协同去除SO2和NOx的反应塔中尾部废液中残留的NO2
‑
以及含砷浆液外排可能造成的严重环境污染问题，本专利技术拟合成一种通过光芬顿反应高效氧化亚硝酸盐同时吸附浆液中As(V)的新型铈掺杂的MIL
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88B(Fe)复合材料。在完成对NO2
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氧化过程后，将塔底部的(NH4)2SO4
‑
NH4NO3进行脱水，蒸发结晶成复合肥料，实现绿色经济可持续发展。该催化剂制备方法包括：MIL
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88B(Fe)的制备、Ce
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MIL
‑
88B(Fe)的制备、Ce
‑
MIL
‑
88B(Fe)光催化材料的应用。
[0006]本专利技术的第一个目的在于提供这种具有高效催化氧化亚硝酸盐的催化剂的制备
方法，该方法涉及的工艺简单，且无毒、环境友好，适合推广应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]本专利技术的第一方面，是提供一种双金属有机骨架材料Ce
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MIL
‑
88B(Fe)光催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009]1)向烧杯中加入一定量的二甲基甲酰胺(DMF)、去离子水和乙醇，并加入一定量的六水合氯化铁、六水合硝酸铈和对苯二甲酸，将混合物充分搅拌后，置于反应釜中水热处理；
[0010]2)将水热后产物经离心、得到的固体部分用乙醇和去离子水洗涤至pH为中性、干燥后得到橙色体粉末；
[0011]3)将步骤2)的橙色粉末在保护气的气氛下煅烧，即可得到Ce掺杂的MIL
‑
88B(Fe)复合材料(Ce
‑
MIL
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88B(Fe))。
[0012]优选的，在步骤1)所述的六水合氯化铁和六水合硝酸铈的摩尔比为1：(0.3～1.5)，搅拌温度为30～35℃，转速为400～450r/min，搅拌时间为1～2h，水热温度为110～130℃，水热时间为不少于10小时。
[0013]优选的，步骤2)所述的离心转速为3500～5000r/min，洗涤剂为乙醇和去离子水，洗涤后pH为7，干燥温度为50～80℃，干燥时间为10～12h。
[0014]优选的，步骤3)所述的保护气为N2，煅烧温度为200～300℃，升温速率约为5℃/min，煅烧时间为不少于1小时。
[0015]本专利技术的第二方面，在于提供采用上述方法制备得到的双金属有机骨架材料Ce
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MIL
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88B(Fe)光催化剂可作为具有高效光催化氧化亚硝酸盐的催化剂。
[0016]本专利技术的第三方面，在于提供上述方法制备得到的双金属有机骨架材料Ce
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MIL
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88B(Fe)光催化剂，在光催化氧化亚硝酸钠及同步吸附As(
Ⅴ
)中的应用。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0018]1)本专利技术制备的Ce
‑
MIL
‑
88B(Fe)催化剂在可见光照射下对亚硝酸盐氧化表现出良好的光催化活性，光芬顿反应具有生成反应性自由基的能力强、反应pH范围宽以及催化剂的可回收等优势。在添加电子受体PMS后，光催化和芬顿反应可以产生协同效应，不仅可以提高亚硝酸盐的氧化效率，还可以降低芬顿试剂活化过程中的能耗。
[0019]2)本专利技术合成的MIL
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88B(Fe)有机骨架是一类新开发的晶体杂化多孔材料，由多齿有机连接体连接的Fe
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O簇构成。由于大量Fe
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O团簇的存在，MIL
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88B(Fe)对可见光有很强的吸收，且易于产生空穴和光生电子。光生电子的强还原能力可以在MIL
‑
88B(Fe)表面原位还原Fe(III)到Fe(II)，从而提高了芬顿反应的效率，进一步提高了亚硝酸盐的氧化效率。
[0020]3)与传统吸附材料相比，金属有机骨架(MOFs)具有大表面积、高孔隙率、均匀可调节空腔和多功能结构等理想特性，是一种十分先进的材料。对MOFs进行有官能团的改性能在As的固存中发挥重要作用。本专利技术制备的铈掺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双金属有机骨架材料Ce
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MIL
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88B(Fe)光催化剂的制备方法，包括如下步骤：1)向烧杯中加入一定量的二甲基甲酰胺(DMF)、去离子水和乙醇，并加入一定量的六水合氯化铁、六水合硝酸铈和对苯二甲酸，将混合物充分搅拌后，置于反应釜中水热处理；2)将水热后产物经离心、得到的固体部分用乙醇和去离子水洗涤至pH为中性、干燥后得到橙色体粉末；3)将步骤2)的橙色粉末在保护气的气氛下煅烧，即可得到Ce掺杂的MIL
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88B(Fe)复合材料(Ce
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MIL
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88B(Fe))。2.根据权利要求1所述的制备方法，在步骤1)所述的六水合氯化铁和六水合硝酸铈的摩尔比为1：(0.3～1.5)，搅拌温度为30～35℃，转速为400～450r/min，搅拌时间为1～2h，水热温度为110～130℃，水热时间为10～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝润龙，陈曦，高佳斌，宋健，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：