一种泡沫锌作为基底负载ZIF-L的自支撑催化剂、制备方法及其应用

本发明属于金属有机框架。

背景技术：

1、随着社会的高速发展，抗生素的广泛使用产生了大量抗生素废水，抗生素对于环境与人体危害极大，而且具有一定的生物毒性。磺胺甲恶唑则是抗生素废水中常见的污染物，传统的污水处理技术难以处理，存在生物降解性差的弊端。近年来，基于过一硫酸盐(pms)的高级氧化技术(sr-aops)氧化能力强、ph适应范围广且反应条件较温和，催化剂活化pms的实质是可以产生硫酸盐自由基(so4·-)、羟基自由基(·oh)、超氧自由基(o2·-)以及单线态氧(1o2)，从而高效降解污染物已经成为众多科研工作者的研究热点。

2、近年来，钴基金属-有机框架(mofs)因其独特的多孔结构以及优异的催化性能而备受关注，尤其是沸石咪唑框架(zifs)表面存在丰富的官能团，同时具备丰富的co物种以及良好的化学稳定性。然而，传统的粉末催化剂存在易团聚，比表面积小且难以分离回收的问题，通过将粉末催化剂负载在多孔泡沫金属中则可以很好提高传质效率，暴露更多的活性位点。

技术实现思路

1、为了解决目前处理水体中磺胺甲恶唑(smx)污染成本高、降解效率低等缺陷，本发明旨在提供一种以泡沫锌作为基底负载的zif-l自支撑催化剂。

2、本发明通过如下技术方案实现：

3、本发明中一种以泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂，基底为泡沫锌，表面负载有zif-l，zif-l在泡沫锌表面呈现出光滑的纳米片状结构，且纳米片以交联形式堆积在泡沫锌表面，纳米片厚度为1μm，长度为4-5μm。

4、本发明中一种泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：

5、1)分别配制出浓度为0.63～0.65mol/l的2-甲基咪唑溶液与0.07～0.09mol/l的硝酸钴溶液；

6、2)将泡沫锌在水和乙醇中各超声处理10min；所述泡沫锌的孔隙率为95％～98％，孔径为110ppi；

7、3)将等体积的硝酸钴溶液快速加入2-甲基咪唑溶液中，并在室温下将步骤2)处理好的泡沫锌浸入上述两种溶液的混合溶液中1～2h；

8、4)将泡沫锌取出后用去离子水洗涤，并在60℃下干燥后得到以泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂。

9、优选地，步骤1)中所述硝酸钴溶液浓度为0.08mol/l，2-甲基咪唑溶液浓度为0.64mol/l。

10、优选地，步骤3)中的浸渍时间为1.5h。

11、本发明中以泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂用于降解水中的磺胺甲恶唑。具体方法为：在含有磺胺甲恶唑的水中加入所述催化剂和过一硫酸盐(pms)，水中pms浓度为0.4mm，对pms产生活化作用，催化降解磺胺甲恶唑。

12、优选的，催化降解温度为15℃。

13、本发明的有益效果：

14、相较于传统粉末催化剂，本发明所制备的催化剂制备流程简易可行，成本低廉。由多孔泡沫锌作为基底，有利于材料的分离与回收；而且本发明呈现出一种纳米片状交联堆叠的状态，分布均匀，这种结构可以增加催化剂比表面积，有利于污染物与催化剂之间的接触；该催化剂可应用性极强，适用于大规模处理废水中污染物。

15、经过测试表明，该催化剂对pms有非常好的活化作用，具有一定的抗离子干扰性，能够适应更加复杂的环境，还具有较高的循环使用性、循环稳定性。

技术特征：

1.一种泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂，其特征在于，所述催化剂的基底为泡沫锌，表面负载有zif-l，zif-l在泡沫锌表面呈现出光滑的纳米片状结构，且纳米片以交联形式堆积在泡沫锌表面，纳米片厚度为1μm，长度为4-5μm。

2.如权利要求1所述的泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂的制备方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：

3.根据权利要求2所述的泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂的制备方法，其特征在于，步骤3)中的浸渍时间为1.5h。

4.根据权利要求2所述的泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述硝酸钴溶液浓度为0.08mol/l，2-甲基咪唑溶液浓度为0.64mol/l。

5.如权利要求1所述泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂用于降解水中的磺胺甲恶唑。

6.根据权利要求5所述泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂的用途，其特征在于，在含有磺胺甲恶唑的水中加入所述以泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂和过一硫酸盐，水中过一硫酸盐浓度为0.4mm，对过一硫酸盐产生活化作用，催化降解磺胺甲恶唑。

7.根据权利要求6所述泡沫锌作为基底负载zif-l的自支撑催化剂的用途，其特征在于，催化降解温度为15℃。

技术总结
本发明公开了一种泡沫锌作为基底负载ZIF‑L自支撑材料催化剂、制备方法及其应用，属于金属有机框架负载型材料技术领域。本发明的目的是解决目前处理水体中磺胺甲恶唑污染成本高、降解效率低，分离与回收难等缺陷，本发明首先使用室温浸渍法将泡沫锌浸入ZIF‑L溶液中，得到所述催化剂。本发明所制备的催化剂表面含有丰富的基团；具有特殊的自支撑一体化结构，方便分离与回收；催化剂表面呈交联形式堆积，可以增加催化剂比表面积，有利于提高催化效果。对过一硫酸盐有非常好的活化作用，具有一定的抗离子干扰性以及环境适应性，10次循环后依然具有较高的循环稳定性。

技术研发人员：姜维,周实,刘博,李昱昕,刘春波,孙明辉
受保护的技术使用者：吉林师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22