一种基于双MOFs复合光催化剂的制备及应用
本发明涉及光催化剂，尤其涉及一种基于双mofs复合光催化剂的制备及应用。
背景技术：
1、随着水环境有机污染问题日益突出，卡马西平（cbz）作为典型的新型持久性有机污染物，广泛存在于自然水体中，具有结构稳定、毒性持久、生态危害大等特点，长期残留会破坏水生生态系统，常规水处理工艺难以实现有效去除。光催化技术凭借绿色环保、能耗低、反应条件温和、无二次污染等优势，成为处理水体有机污染物的核心技术之一，而高性能光催化剂是保障光催化降解效率的关键。
2、金属有机框架材料（mofs）是一类由金属离子与有机配体自组装形成的多孔晶体材料，具有比表面积大、孔隙结构可控、官能团丰富等优点，在光催化领域具备良好的应用潜力。其中mil-101(cr）和zif-8是两类性能优异的mofs材料，但单一mil-101(cr）、zif-8材料存在太阳光利用率低、光生电子-空穴对复合速率快、催化活性位点不足等缺陷，单独用于卡马西平降解时催化效率极低，无法满足实际水体治理需求。
3、铂（pt）贵金属纳米颗粒具有优异的表面等离子体共振效应，可有效捕获光生电子，抑制电子-空穴对复合，提升光催化反应效率。目前，现有技术中缺乏将pt纳米颗粒与双mofs体系复合的高效催化剂制备方案，单一mofs负载贵金属催化剂存在结构稳定性差、光能利用率有限、催化活性较差等问题，极大限制了mofs基光催化剂在有机废水处理中的产业化应用；现有复合mof材料多采用物理混合方式制备，两相界面结合松散，电荷传输阻力大，异质结协同作用微弱，难以大幅提升催化性能；传统浸渍法、离子交换法负载贵金属铂时，铂纳米颗粒极易团聚，贵金属利用率低，制备成本高，还会破坏mof晶体骨架稳定性；基于此，本发明改进合成工艺，制备得到高性能pt/mil-101(cr)/zif-8三元复合光催化剂，解决现有技术存在的缺陷。
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的技术问题，本发明提供一种基于双mofs复合光催化剂的制备及应用。
2、本发明采用以下技术方案实现：一种基于双mofs复合光催化剂，所述光催化剂包括pt/mil-101(cr)/zif-8三元复合材料。
3、一种基于双mofs复合光催化剂的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、制备pt纳米颗粒：将氯铂酸六水化合物与聚乙烯基吡咯烷酮（pvp）和乙二醇混合得到混合物溶液，将混合物溶液超声处理，超声处理后的混合物溶液进行回流反应，将回流反应后的混合物溶液加入丙酮后静置，静置后的混合物溶液用丙酮和正己烷洗涤，将洗涤的混合物溶液分散到水中备用即得到pt纳米颗粒胶体；
5、s2、制备mil-101(cr）：
6、将九水合硝酸铬、氢氟酸、1,4-苯二甲酸加入水溶液中混合得到混合溶液，混合溶液进行高温反应，将高温反应后的混合溶液冷却、洗涤、干燥研磨后得到mil-101(cr）粉末；
7、s3、制备zif-8：
8、六水合硝酸锌与甲醇混合得到溶液a；将2-甲基咪唑与甲醇混合得到溶液b，将溶液a与溶液b混合搅拌后静置，并离心分离获取沉淀物，沉淀物洗涤干燥研磨后即得zif-8粉末；
9、s4、合成pt/mil-101(cr)/zif-8：
10、将mil-101(cr）与无水甲醇混合后加入pvp混合分散，将六水硝酸锌溶解在分散后混合物中并搅拌，将无水甲醇和2-甲基咪唑置入混合搅拌后的上层悬浮液中，并加入pt纳米颗粒胶体，将获取后的产物用甲醇洗涤并真空干燥，真空干燥后的粉末研磨后即为pt/mil-101(cr)/zif-8三元复合材料。
11、作为上述方案的进一步改进，所述步骤s1中，超声处理的强度为20-50khz、时间为5-20min，氯铂酸六水化合物与聚乙烯基吡咯烷酮和乙二醇的质量比为：0.04-0.06:0.15-0.25:18-26。
12、作为上述方案的进一步改进，所述步骤s1中，回流反应的条件为150°-200°c下反应10-30min；回流反应后的混合物溶液加入10ml-40ml丙酮后静置；混合物溶液采用40ml-60ml的丙酮和正己烷交替方式洗涤；洗涤的混合物溶液分散至15ml-40ml的水中。
13、作为上述方案的进一步改进，所述步骤s2中，高温反应的条件为：温度为180°c-250°c、时间为8-10h，九水合硝酸铬与氢氟酸和1,4-苯二甲酸的质量比为：2-4:0.4-0.8:0.6-1.4。
14、作为上述方案的进一步改进，所述步骤s3中，六水合硝酸锌与2-甲基咪唑和甲醇的质量比为：1.4-2.8:1.8-3.5:250-500。
15、作为上述方案的进一步改进，所述步骤s4中，mil-101(cr）与pvp、无水甲醇、六水硝酸锌、pt纳米颗粒、 2-甲基咪唑的质量比为80-160:150-250:6000-8000:150-250:3-6:150-350。
16、一种基于双mofs复合光催化剂的催化方法，包括以下步骤：
17、s11、布置光源，将光催化剂分散至cbz溶液中；
18、s12、在避光条件下搅拌，使分散后的cbz溶液达到吸附-解析平衡后打开光源；
19、s13、间隔抽取样品并用高效液相色谱仪（hplc）检测降解过程中目标污染物的浓度数据，并计算污染物的降解率。
20、作为上述方案的进一步改进，所述步骤s11中，光源的强度为250-500w、光源的波长λ＞420nm。
21、作为上述方案的进一步改进，所述光催化剂用于卡马西平的光催化降解。
22、相比现有技术，本发明的有益效果在于：
23、1、本发明制备得到pt/mil-101(cr)/zif-8三元复合光催化剂，利用pt纳米颗粒的表面等离子体共振效应，有效促进光生电子与空穴的分离，抑制载流子复合，同时结合mil-101(cr）与zif-8双mofs的多孔结构优势，提供丰富的催化活性位点，大幅提升可见光利用效率与光催化降解性能。
24、2、本发明制备工艺简单、反应条件温和、可控性强，原料易得，无需复杂设备，适合规模化制备。
25、3、本发明的pt/mil-101(cr)/zif-8的电子和空穴的分离效率明显提高，光生载流子的复合速率得到有效抑制，异质结界面与pt助催化剂协同作用，促进光生电子-空穴对的分离与迁移，有利于提升光催化反应活性。
26、4、本发明为光催化反应提供了优良的结构基础，催化性能提升显著；具备优异的水相稳定性与循环再生性能，适配低浓度水体卡马西平污染治理，贴合自然水体实际污染浓度特征，在污染物低浓度条件下可保持高效降解效果。
1.一种基于双mofs复合光催化剂，其特征在于，所述光催化剂包括pt/mil-101(cr)/zif-8三元复合材料。
2.一种如权利要求1所述的基于双mofs复合光催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，超声处理的强度为20-50khz、时间为5-20min，氯铂酸六水化合物与聚乙烯基吡咯烷酮和乙二醇的质量比为：0.04-0.06:0.15-0.25:18-26。
4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，回流反应的条件为150°-200°c下反应10-30min；回流反应后的混合物溶液加入10ml-40ml丙酮后静置；混合物溶液采用40ml-60ml的丙酮和正己烷交替方式洗涤；洗涤的混合物溶液分散至15ml-40ml的水中。
5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，高温反应的条件为：温度为180°c-250°c、时间为8-10h，九水合硝酸铬与氢氟酸和1,4-苯二甲酸的质量比为：2-4:0.4-0.8:0.6-1.4。
6.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，六水合硝酸锌与2-甲基咪唑和甲醇的质量比为：1.4-2.8:1.8-3.5:250-500。
7.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，mil-101(cr）与pvp、无水甲醇、六水硝酸锌、pt纳米颗粒、2-甲基咪唑的质量比为80-160:150-250:6000-8000:150-250:3-6:150-350。
8.一种如权利要求1所述的基于双mofs复合光催化剂的催化方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.如权利要求8所述的催化方法，其特征在于，所述步骤s11中，光源的强度为250-500w、光源的波长λ＞420nm。
10.如权利要求8所述的催化方法，其特征在于，所述光催化剂用于卡马西平的光催化降解。