CN115337964A - 一种钴铁改性zif-8复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于本发明属于MOFs衍生复合材料的制备与应用技术领域,具体涉及一种钴铁改性ZIF‑8的复合材料及其制备方法,以ZIF‑8为模板,以Co(NO3)2·6H2O作钴源、Fe(NO3)3·9H2O作铁源,通过钴铁改性ZIF‑8得到钴铁改性ZIF‑8的复合材料,可以显著提高ZIF‑8的活化过硫酸盐性能,且保留了ZIF‑8的形貌结构,可以用于催化降解废水中的有机污染物。
Description
技术领域
本发明属于磁性复合催化材料技术领域,具体涉及一种钴铁改性ZIF-8复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
由于具有高效的抑菌和杀菌效用,抗生素已被广泛用于医疗以及畜牧行业,然而,其种类以及用量的不断增加也不可避免地导致了细菌耐药性的增强以及严重的污染问题。因此,发展处理含抗生素污水的技术迫在眉睫。污水中难降解有机物污染物的催化降解是目前解决水污染问题的有效方式,提高对污水中难降解有机物的捕获和降解能力是关键。
金属有机框架(MOFs)是由金属离子或金属离子团簇和有机配体配位而成的一种具有高度有序的多孔结构的新型杂化材料。其中,ZIF-8是一种具有沸石晶型和有序孔道的高水热稳定性锌基MOF材料,具有三维多孔结构和良好的吸附性能,已被广泛应用于分离、吸附和催化领域。此外,ZIF-8可以在不同溶液体系中快速合成,因此已成为研究最多的MOF材料之一。
为进一步增加ZIF-8的功能性,科研人员通过表面负载或反应衍生法制备了ZIF-8基复合材料,如Au@ZIF-8(Kim H,Trinh B T,Kim K H,et al.Au@ZIF-8SERS paper forfood spoilage detection[J].Biosensors and Bioelectronics,2021,179:113063.)、g-C3N4@ZIF-8(Yuan X,Qu S,Huang X,et al.Design of core-shelled g-C3N4@ZIF-8photocatalyst with enhanced tetracycline adsorption for boostingphotocatalytic degradation[J].Chemical Engineering Journal,2021,416:129148.)、Fe/ZIF-8(Yang H,Hu S,Zhao H,et al.High-performance Fe-doped ZIF-8adsorbentfor capturing tetracycline from aqueous solution[J].Journal of HazardousMaterials,2021,416:126046.)、Fe3O4@ZIF-8(Jiang X,Su S,Rao J,et al.Magneticmetal-organic framework(Fe3O4@ZIF-8)core-shell composite for the efficientremoval of Pb(II)and Cu(II)from water[J].Journal of Environmental ChemicalEngineering,2021,9(5):105959.)和Co/ZIF-8(Cong S,Shen Q,Shan M,et al.Enhancedpermeability in mixed matrix membranes for CO2capture through the structuralregulation of the amino-functionalized Co/ZIF-8heterometallic nanoparticles[J].Chemical Engineering Journal,2020,383:123137.)等。
因此,近年来基于ZIF-8制备复合材料的研究已经有了一些工作基础,但如何更为简便地制备ZIF-8基复合材料,以及如何在保证ZIF-8基复合材料具有优良性能时更有利于回收再用,仍是其推广应用的关键难题之一。
发明内容
本发明提供了一种钴铁改性ZIF-8的复合材料及其制备方法,制备简单工艺流程少,且通过高级氧化法对污水中抗生素催化降解性能好,同时具有良好的磁性,易于回收。
具体采用的技术方案如下:
本发明提供一种钴铁改性ZIF-8复合材料,所述钴铁改性ZIF-8复合材料按照如下方法制备:
将铁盐、钴盐和尿素溶于水中,加入ZIF-8,分散均匀,100~140℃水热反应20~30h(优选120℃水热反应24h),所得反应液经后处理A,得到所述钴铁改性ZIF-8复合材料;所述ZIF-8、铁盐、钴盐与尿素的质量比为1:1.5~2:2~3:2~3(优选1:1.8:2.5:2.6);铁盐、钴盐、尿素和ZIF-8可以分别分散于水中再混匀或依次溶解分散,使得分散更均匀。
进一步,所述ZIF-8按如下方法制备:
将Zn(NO3)2·6H2O与二甲基咪唑分别溶解到甲醇A中,将所得Zn(NO3)2·6H2O的甲醇溶液与二甲基咪唑的甲醇溶液混匀,25℃搅拌4~6h,所得混合液离心,所得沉淀甲醇B洗涤后干燥,得到所述ZIF-8。
甲醇A、B都是甲醇,用字母标识只是为了区分不同阶段使用的甲醇,方便描述无特殊含义。
进一步,所述Zn(NO3)2·6H2O与二甲基咪唑的质量比为1:1.5~2.5(优选1:2.2),超声分散均匀后搅拌反应,超声功率为60~120W。
进一步,所述Zn(NO3)2·6H2O与甲醇A总量的配比为1g:40~50mL。
进一步,所述铁盐为Fe(NO3)3·9H2O,所述钴盐为Co(NO3)3·6H2O。
进一步,所述铁盐与水的配比为1g:50~75mL。
进一步,所述后处理A为:将所述反应液抽滤,所得滤饼依次用去离子水和乙醇洗涤,真空干燥,得到所述粉体。
本发明还推荐上述钴铁改性ZIF-8复合材料进一步经过如下处理得到经煅烧的钴铁改性ZIF-8复合材料:
将所述钴铁改性ZIF-8复合材料与钾盐研磨混合后,保护氛围下以2~5℃/min的速率升温至750~950℃煅烧2~3h(优选800℃煅烧2h,升温速率5℃/min),所得固相经后处理B,得到所述经煅烧的钴铁改性ZIF-8复合材料;所述钴铁改性ZIF-8复合材料与钾盐的质量比为1:1~1.5(优选1:1.5)。催化性能更好,而且可磁回收。
进一步,所述钾盐为KCl、KNO3中的一种或两种的混合物(优选KNO3)。
进一步,所述保护氛围为氮气氛围或氩气氛围,优选为氮气氛围。
进一步,所述后处理B为:将所述固相用去离子水洗涤、干燥,即得所述的经煅烧的钴铁改性ZIF-8复合材料。
所述的钴铁改性ZIF-8复合材料在处理有机污染物废水时,采用的是以过渡金属活化过硫酸盐为代表的高级氧化处理技术。
另一方面,本发明还提供一种上述的钴铁改性ZIF-8复合材料在处理有机污染物废水的应用。
进一步,所述有机污染物废水中的有机污染物为诺氟沙星、四环素、双酚A中的一种或两种以上的混合物,优选诺氟沙星。
具体地,所述的应用为:将所述钴铁改性ZIF-8的复合材料分散到有机污染物废水中,加入过硫酸盐催化降解有机污染物。
进一步,所述有机污染物废水中的有机污染物浓度为2~50mg/L。所述的过硫酸盐为过一硫酸盐(PMS)、过二硫酸盐(PDS)中的一种或两种的混合物。所述的钴铁改性ZIF-8复合材料、过硫酸盐与有机污染物废水的配比为0.2~2g:0.2~2g:1L。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明通过简便的方法,可以显著提高ZIF-8活化PMS降解有机污染物的性能。
(2)钴铁改性ZIF-8的复合材料制备过程中,可以根据实际情况,灵活调整工艺步骤,赋予钴铁改性ZIF-8的复合材料良好的吸附性能和催化性能。
(3)钴铁改性ZIF-8的复合材料制备过程中,通过熔盐煅烧,不仅可提升催化性能,还有助于形成可磁回收再用的钴铁改性ZIF-8的复合材料。
附图说明
图1为实施例1制备的钴铁改性ZIF-8的复合材料的SEM图
图2为实施例1制备的钴铁改性ZIF-8的复合材料的XRD图
图3为实施例2制备的熔盐煅烧钴铁改性ZIF-8的复合材料的SEM图
图4为实施例2制备的熔盐煅烧钴铁改性ZIF-8的复合材料的XRD图
图5为实施例1(a)和实施例2(b)制备的钴铁改性ZIF-8的复合材料的磁性能测试对比图
图6为对比例2制备的有氧熔盐煅烧钴铁改性ZIF-8的复合材料的XRD图
图7为对比例3制备的ZIF-8的XRD图
图8为对比例4制备的不加熔盐煅烧钴铁改性ZIF-8的复合材料的XRD图
具体实施方式
实施例1:
本实施例的磁性复合催化材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和6.9567g的2-甲基咪唑(2-MeIm)分别溶于75ml的甲醇中搅拌3min。将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次,干燥后得到白色粉体一;
(2)称取0.8798g的Fe(NO3)3·9H2O)和1.2676g的Co(NO3)2·6H2O溶于50ml的水中,持续搅拌3min,得到溶液A;
(3)称取1.3079g尿素加入溶液A中,持续搅拌3min,得到溶液B;
(4)将步骤(1)中所得的粉体一称取0.5g,加入溶液B中超声搅拌(时间为10min,功率为60W,温度为25℃),得到溶液C;
(5)将步骤(4)中溶液C转移到聚四氟乙烯中反应釜中,在100℃下反应24h,用真空泵抽滤收集沉淀,并用DIW/乙醇洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥6h后得到钴铁改性ZIF-8的复合材料。
实施例1是直接尿素法制备钴铁改性ZIF-8复合材料。
实施例2:
本实施例的磁性复合催化材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和6.9567g的2-MeIm分别溶于75ml的甲醇中搅拌3min。将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次,干燥后得到白色粉体一;
(2)称取0.8798g的Fe(NO3)3·9H2O)和1.2676g的Co(NO3)2·6H2O溶于50ml的水中,持续搅拌3min,得到溶液A;
(3)称取1.3079g尿素加入溶液A中,持续搅拌3min,得到溶液B;
(4)将步骤(1)中所得的粉体一称取0.5g,加入溶液B中超声搅拌(时间为10min,功率为60W,温度为25℃),得到溶液C;
(5)将步骤(4)中溶液C转移到聚四氟乙烯中反应釜中,在100℃下反应24h,用真空泵抽滤收集沉淀,并用DIW/乙醇洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥6h后得到粉体二;
(6)将步骤(5)所得粉体二称取0.35g与0.35g的KCl混合研磨,放入管式炉煅烧(温度800℃,煅烧时间2h,升温速率5℃/min,氮气气氛),然后用去离子水洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥24小时,得到磁性复合催化材料。
实施例2是在尿素法制备钴铁改性ZIF-8复合材料的基础上,又增加了熔盐(1:1)氮气气氛煅烧的步骤。
实施例3:
本实施例的磁性复合催化材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和6.9567g的2-甲基咪唑(2-MeIm)分别溶于64.5ml的甲醇中搅拌3min。将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次,干燥后得到白色粉体一;
(2)称取0.8798g的Fe(NO3)3·9H2O和1.2676g的Co(NO3)2·6H2O溶于50ml的水中,持续搅拌3min,得到溶液A;
(3)称取1.3079g尿素加入溶液A中,持续搅拌3min,得到溶液B;
(4)将步骤(1)中所得的粉体一称取0.5g,加入溶液B中超声搅拌(时间为10min,功率为60W,温度为25℃),得到溶液C;
(5)将步骤(4)中溶液C转移到聚四氟乙烯中反应釜中,在100℃下反应24h,用真空泵抽滤收集沉淀,并用DIW/乙醇洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥6h后得到钴铁改性ZIF-8的复合材料。
实施例3是直接尿素法制备钴铁改性ZIF-8复合材料,与实施例1的区别是甲醇用量不同(Zn(NO3)2·6H2O:甲醇摩尔比由1:350变成1:300)
实施例4
本实施例的磁性复合催化材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和6.9567g的2-MeIm分别溶于75ml的甲醇中搅拌3min。将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次,干燥后得到白色粉体一;
(2)称取0.8798g的Fe(NO3)3·9H2O和1.2676g的Co(NO3)2·6H2O溶于50ml的水中,持续搅拌3min,得到溶液A;
(3)称取1.3079g尿素加入溶液A中,持续搅拌3min,得到溶液B;
(4)将步骤(1)中所得的粉体一称取0.5g,加入溶液B中超声搅拌(时间为10min,功率为60W,温度为25℃),得到溶液C;
(5)将步骤(4)中溶液C转移到聚四氟乙烯中反应釜中,在100℃下反应24h,用真空泵抽滤收集沉淀,并用DIW/乙醇洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥6h后得到粉体二;
(6)将步骤(5)所得粉体二称取0.35g与0.525g的KCl混合研磨,放入管式炉煅烧(温度800℃,煅烧时间2h,升温速率5℃/min,氮气气氛),然后用去离子水洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥24小时,得到磁性复合催化材料。
实施例4是在尿素法制备钴铁改性ZIF-8复合材料的基础上,又增加了熔盐(1:1.5)氮气气氛煅烧的步骤。
实施例5
本实施例的磁性复合催化材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和6.9567g的2-MeIm分别溶于75ml的甲醇中搅拌3min。将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次,干燥后得到白色粉体一;
(2)称取0.8798g的Fe(NO3)3·9H2O)和1.2676g的Co(NO3)2·6H2O溶于50ml的水中,持续搅拌3min,得到溶液A;
(3)称取1.3079g尿素加入溶液A中,持续搅拌3min,得到溶液B;
(4)将步骤(1)中所得的粉体一称取0.5g,加入溶液B中超声搅拌(时间为10min,功率为60W,温度为25℃),得到溶液C;
(5)将步骤(4)中溶液C转移到聚四氟乙烯中反应釜中,在100℃下反应24h,用真空泵抽滤收集沉淀,并用DIW/乙醇洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥6h后得到粉体二;
(6)将步骤(5)所得粉体二称取0.35g与0.35g的KNO3混合研磨,放入管式炉煅烧(温度800℃,煅烧时间2h,升温速率5℃/min,氮气气氛),然后用去离子水洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥24小时,得到磁性复合催化材料。
实施例5是在尿素法制备钴铁改性ZIF-8复合材料的基础上,又增加了KNO3熔盐(1:1)氮气气氛煅烧的步骤。
实施例6:
本实施例的磁性复合催化材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和5.2225g的2-甲基咪唑(2-MeIm)分别溶于75ml的甲醇中搅拌3min。将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次,干燥后得到白色粉体一;
(2)称取0.8798g的Fe(NO3)3·9H2O)和1.2676g的Co(NO3)2·6H2O溶于50ml的水中,持续搅拌3min,得到溶液A;
(3)称取1.3079g尿素加入溶液A中,持续搅拌3min,得到溶液B;
(4)将步骤(1)中所得的粉体一称取0.5g,加入溶液B中超声搅拌(时间为10min,功率为60W,温度为25℃),得到溶液C;
(5)将步骤(4)中溶液C转移到聚四氟乙烯中反应釜中,在100℃下反应24h,用真空泵抽滤收集沉淀,并用DIW/乙醇洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥6h后得到钴铁改性ZIF-8的复合材料。
实施例6是直接尿素法制备钴铁改性ZIF-8复合材料,与实施例1的区别是2-甲基咪唑用量不同(Zn(NO3)2·6H2O:2-甲基咪唑摩尔比由1:8变成1:6)
实施例7
本实施例的磁性复合催化材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和6.9567g的2-MeIm分别溶于75ml的甲醇中搅拌3min。将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次,干燥后得到白色粉体一;
(2)称取0.8798g的Fe(NO3)3·9H2O)和1.2676g的Co(NO3)2·6H2O溶于50ml的水中,持续搅拌3min,得到溶液A;
(3)称取1.3079g尿素加入溶液A中,持续搅拌3min,得到溶液B;
(4)将步骤(1)中所得的粉体一称取0.5g,加入溶液B中超声搅拌(时间为10min,功率为60W,温度为25℃),得到溶液C;
(5)将步骤(4)中溶液C转移到聚四氟乙烯中反应釜中,在100℃下反应24h,用真空泵抽滤收集沉淀,并用DIW/乙醇洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥6h后得到粉体二;
(6)将步骤(5)所得粉体二称取0.35g与0.35g的KCl混合研磨,放入管式炉煅烧(温度750℃,煅烧时间2h,升温速率5℃/min,氮气气氛),然后用去离子水洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥24小时,得到磁性复合催化材料。
实施例7是在尿素法制备钴铁改性ZIF-8复合材料的基础上,又增加了熔盐(1:1)氮气气氛煅烧的步骤。与实施例2相比,煅烧温度不同。
对比例1:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和6.9567g的2-MeIm分别溶于75ml的甲醇中搅拌3min。将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次,干燥后得到白色粉体一;
(2)称取0.8798g的Fe(NO3)3·9H2O)和1.2676g的Co(NO3)2·6H2O溶于50ml的水中,持续搅拌3min,得到溶液A;
(3)称取1.3079g尿素加入溶液A中,持续搅拌3min,得到溶液B;
(4)将步骤(1)中所得的粉体一称取0.5g,加入溶液B中超声搅拌(时间为10min,功率为60W,温度为25℃),得到溶液C;
(5)将步骤(4)中溶液C转移到聚四氟乙烯中反应釜中,在100℃下反应24h,用真空泵抽滤收集沉淀,并用DIW/乙醇洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥6h洗涤干燥后得到粉体二;
(6)将步骤(5)所得粉体二称取0.35g与0.7g的KCl混合研磨,放入管式炉煅烧(温度800℃,煅烧时间2h,升温速率5℃/min,氮气气氛),然后用去离子水洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥24小时,得到磁性复合催化材料。
对比例1增加了钾盐(KCl)的用量。
对比例2:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和6.9567g的2-MeIm分别溶于75ml的甲醇中搅拌3min。将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次以上,干燥后得到白色粉体一;
(2)称取0.8798g的Fe(NO3)3·9H2O)和1.2676g的Co(NO3)2·6H2O溶于50ml的水中,持续搅拌3min,得到溶液A;
(3)称取1.3079g尿素加入溶液A中,持续搅拌3min,得到溶液B;
(4)将步骤(1)中所得的粉体一称取0.5g,加入溶液B中超声搅拌(时间为10min,功率为60W,温度为25℃),得到溶液C;
(5)将步骤(4)中溶液C转移到聚四氟乙烯中反应釜中,在100℃下反应24h,用真空泵抽滤收集沉淀,并用DIW/乙醇洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥6h洗涤干燥后得到粉体二;
(6)将步骤(5)所得粉体二称取0.35g与0.35g的KCl混合研磨,放入马弗炉煅烧(温度800℃,煅烧时间2h,升温速率5℃/min,空气气氛),然后用去离子水洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥24小时,得到磁性复合催化材料。
对比例2煅烧气氛是空气气氛。
对比例3:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和6.9567g的2-MeIm分别溶于75ml的甲醇中搅拌3min。
(2)将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次,干燥后得到白色粉体ZIF-8;
对比例3是纯的ZIF-8。
对比例4:
(1)称取3.1542g的Zn(NO3)2·6H2O和6.9567g的2-MeIm分别溶于75ml的甲醇中搅拌3min。将两溶液混合,置于烧杯中超声搅拌(超声时间为10min,功率为60W,搅拌时间为240min,温度为25℃),得到乳白色悬浊液离心(4000r/min),甲醇洗涤3次,干燥后得到白色粉体一;
(2)称取0.8798g的Fe(NO3)3·9H2O)和1.2676g的Co(NO3)2·6H2O溶于50ml的水中,持续搅拌3min,得到溶液A;
(3)称取1.3079g尿素加入溶液A中,持续搅拌3min,得到溶液B;
(4)将步骤(1)中所得的粉体一称取0.5g,加入溶液B中超声搅拌(时间为10min,功率为60W,温度为25℃),得到溶液C;
(5)将步骤(4)中溶液C转移到聚四氟乙烯中反应釜中,在100℃下反应24h,用真空泵抽滤收集沉淀,并用DIW/乙醇洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥6h洗涤干燥后得到粉体二;
(6)将步骤(5)所得粉体二称取0.35g研磨,放入管式炉煅烧(温度800℃,煅烧时间2h,升温速率5℃/min,氮气气氛),然后用去离子水洗涤3次,最后在真空干燥箱中60℃真空干燥24小时,得到磁性复合催化材料。
对比例4是没有加钾盐的氮气气氛煅烧
对上述实施例制得的钴铁改性ZIF-8的复合材料进行性能测试,具体如下:钴铁改性ZIF-8的复合材料的磁分离性能测试:称取0.05g实施例1和2制备的样品置于装有去离子水的透明玻璃瓶中,超声搅拌均匀的到悬浮液,将吸铁石靠近玻璃瓶一侧15s后,实施例2制备的样品与去离子水明显分离,磁分离效果见图5(见图5中图(b)),实施例1制备的样品无明显分离(见图5图(a))。15s后样品与去离子水明显分离,实施例1和实施例对比可见熔盐煅烧后制备的材料具有优良的磁性能,便于催化降解后回收利用。
钴铁改性ZIF-8的复合材料的降解和吸附性能测试:首先在反应管中加入50mL初始浓度为20mg/L的诺氟沙星溶液,称取0.025g各实施例中制备的磁性复合催化材料催化剂加入到上述50mL溶液中,连续搅拌30min后,测试样品对诺氟沙星溶液的吸附率;随后加入0.025g过一硫酸盐(PMS),一定时间后(10min、30min和60min),通过紫外分光光度计测试溶液中剩余诺氟沙星的浓度,计算样品对诺氟沙星溶液的降解率(%)。
表1各样品的吸附及催化测试结果
1.通过实施例1-5说明,上述实施例钴铁改性ZIF-8的复合材料对诺氟沙星溶液60min降解率大于95%,说明本发明实施例制得的钴铁改性ZIF-8的复合材料具有优良的催化性能。
2.通过实施例1和对比3的降解率说明,使用钴铁对ZIF-8进行改性,可以很好的提高复合材料对诺氟沙星溶液降解率,提高催化性能。
3.通过实施例2、实施例4和对比4的降解率说明,钾盐(KCl)的加入会提高钴铁改性ZIF-8的复合材料对诺氟沙星溶液的降解率
4.通过实施例5和对比4的降解率说明,钾盐(KNO3)的加入会提高钴铁改性ZIF-8的复合材料对诺氟沙星溶液的降解率
5.通过实施例2和对比1的降解率说明,钾盐(KCl)含量过高会降低钴铁改性ZIF-8的复合材料对诺氟沙星溶液的降解率。
6.通过实施例2和对比2的降解率和吸附率说明,在惰性气体气氛下的煅烧可以明显提高材料钴铁改性ZIF-8的复合材料的催化降解和吸附性能。
Claims (10)
1.一种钴铁改性ZIF-8复合材料,其特征在于所述钴铁改性ZIF-8复合材料按照如下方法制备:
将铁盐、钴盐和尿素溶于水中,加入ZIF-8,分散均匀,100~140℃水热反应20~30h,所得反应液经后处理A,得到所述钴铁改性ZIF-8复合材料;所述ZIF-8、铁盐、钴盐与尿素的质量比为1:1.5~2:2~3:2~3。
2.如权利要求1所述的钴铁改性ZIF-8复合材料,其特征在于:所述铁盐为Fe(NO3)3·9H2O,所述钴盐为Co(NO3)3·6H2O。
3.如权利要求1所述的钴铁改性ZIF-8复合材料,其特征在于:所述铁盐与水的配比为1g:50~75mL。
4.如权利要求1所述的钴铁改性ZIF-8复合材料,其特征在于所述后处理A为:将所述反应液抽滤,所得滤饼依次用去离子水和乙醇洗涤,真空干燥,得到所述粉体。
5.如权利要求1所述的钴铁改性ZIF-8复合材料,其特征在于:所述钴铁改性ZIF-8复合材料进一步经过如下处理得到经煅烧的钴铁改性ZIF-8复合材料:
将所述钴铁改性ZIF-8复合材料与钾盐研磨混合后,保护氛围下以2~5℃/min的速率升温至750~950℃煅烧2~3h,所得固相经后处理B,得到所述经煅烧的钴铁改性ZIF-8复合材料;所述钴铁改性ZIF-8复合材料与钾盐的质量比为1:1~1.5。
6.如权利要求5所述的钴铁改性ZIF-8复合材料,其特征在于:所述钾盐为KCl、KNO3中的一种或两种的混合物。
7.如权利要求5所述的钴铁改性ZIF-8复合材料,其特征在于:所述保护氛围为氮气氛围或氩气氛围。
8.如权利要求5所述的钴铁改性ZIF-8复合材料,其特征在于所述后处理B为:将所述固相用去离子水洗涤、干燥,即得所述的经煅烧的钴铁改性ZIF-8复合材料。
9.如权利要求1所述的钴铁改性ZIF-8复合材料在处理有机污染物废水的应用。
10.如权利要求9所述的应用,其特征在于所述有机污染物废水中的有机污染物为诺氟沙星、四环素、双酚A中的一种或两种以上的混合物;所述的应用为:
将所述钴铁改性ZIF-8的复合材料分散到有机污染物废水中,加入过硫酸盐催化降解有机污染物。
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