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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410682737.6(22)申请日 2014.11.24C07F 15/04(2006.01)B01J 31/22(2006.01)A62D 3/17(2007.01)C02F 1/30(2006.01)A62D 101/28(2007.01)C02F 101/38(2006.01)(71)申请人江苏科技大学地址 212003 江苏省镇江市梦溪路2号(72)发明人杨宏训(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙) 32204代理人柏尚春(54) 发明名称一种多酸基镍配合物复合材料及其制备方法与应用(57) 摘要本发明公开。
2、了一种多酸基镍配合物复合材料及其制备方法与应用,该复合材料NiPW由Wells-Dawson型阴离子P2W18O626-和镍2,2-联吡啶配合物阳离子Ni(2,2-bipyridine)36+构筑得到Ni(2,2-bipyridine)3P2W18O62。该多酸基镍配合物复合材料作为光催化材料,不仅具有很强的可见光活性、提高了对太阳光的利用率,而且易于回收、便于循环利用,降低成本。同时,该复合材料对诸多有机染料具有很好的降解作用,可用于处理有机染料废水。另外,本发明的制备方法简单易行、重现性好、易于实施、有利于工业化生产。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专。
3、利申请权利要求书1页 说明书4页 附图2页(10)申请公布号 CN 104402938 A(43)申请公布日 2015.03.11CN 104402938 A1/1页21.一种多酸基镍配合物复合材料,其特征在于:该复合材料NiPW由Wells-Dawson型阴离子P2W18O626-和镍2,2-联吡啶配合物阳离子Ni(2,2-bipyridine)36+通过氢键构筑得到Ni(2,2-bipyridine)3P2W18O62。2.根据权利要求1所述多酸基镍配合物复合材料,其特征在于:所述复合材料NiPW以Na2WO42H2O、NiCl26H2O、2,2-bipyridine、H3PO4和水为原料。
4、,利用水热法制备得到。3.根据权利要求1所述多酸基镍配合物复合材料的制备方法,其特征在于包括如下步骤:将Na2WO42H2O、NiCl26H2O和2,2-bipyridine按照物质的量比(12-15):(2-5):(4-6)混合后后,加入质量分数为85的H3PO40.1-0.3ml和去离子水16-20ml进行搅拌,并用NaOH溶液调节pH值为2-4之间,然后将上述混合物置于高压釜中,在150-180温度下水热4-6天,经过1-3天的时间逐步降至室温,即得到所述复合材料NiPW。4.根据权利要求1所述多酸基镍配合物复合材料的应用,其特征在于:所述复合材料用于光催化降解有机染料。5.根据权利要求。
5、4所述多酸基镍配合物复合材料的应用,其特征在于:所述有机染料为甲基橙、甲基蓝、玫瑰红、刚果红或与前述具有相同生色团的有机染料。6.根据权利要求4所述多酸基镍配合物复合材料的应用,其特征在于:所述复合材料用于光催化降解有机染料废水。权 利 要 求 书CN 104402938 A1/4页3一种多酸基镍配合物复合材料及其制备方法与应用技术领域0001 本发明涉及光催化材料技术领域,尤其涉及一种多酸基镍配合物复合材料及其制备方法与应用。背景技术0002 随着工业的不断发展,人类本已有限的水资源受到日益严重的污染。除去水体中有毒有害的有机污染物成为环保领域的重要工作。传统的以混凝、沉淀、过滤、氯消毒为主。
6、的净水工艺对水体中浓度低、难降解的溶解性有机污染物的去除很不理想,不能满足安全饮用水水质的要求。20世纪80年代发展起来的光催化技术可以用来进行难降解有机废水处理以及光催化分解水制取氢气等。该技术以太阳光为能量来源,可实现有机物的降解、矿化,达到无害处理的要求,且绿色廉价,具有广阔的应用前景。0003 多金属氧酸盐(Polyoxometalates,简写为多酸或POM)作为光催化剂引起更多科学家的关注。POM是一类含有钨、钼、钒、钽等金属原子和非金属原子的含氧多酸,其结构和组成十分丰富,可以通过调控其组分从而改变能带结构,有利于可见光光催化剂的发现。POM作为光催化剂具有明显的优点,活性高、选。
7、择性好、毒性小、廉价、对环境友好等。其光催化活性源于与TiO2等氧化物有相似的化学组成和电子属性,即有d0构型的过渡金属原子和氧原子。国内外许多研究者涉足了POM的催化化学研究,无论是从基础理论,还是到工业化应用开发研究都已取得了很大的成就。虽然POM在有机废水处理方面有广阔的应用前景,但低的可见光催化活性和太阳光利用率,限制了其潜在应用。为解决多酸对可见光利用率低的问题,Craig L.Hill课题组利用Ru(bpy)32+作为敏化剂,拓宽了多酸材料吸收光的波长(Qiushi Yin,Jeffrey Miles Tan,Claire Besson,Yurri V.Geletii,Djamal。
8、addin G.Musaev,Aleksey E.Kuznetsov,Zhen Luo,Ken I.Hardcastle,and Craig L.Hill,Science,328,342-345,2010.)。Louis Nadjo等利用多酸钌的化合物作为空穴牺牲剂,制备了对可见光有吸收的复合材料(Anne Dolbecq,Pierre Mialane,Bineta Keita,Louis Nadjo,J.Mater.Chem.,22,24509-24521,2012.)。Yuexiang Li等用曙红Y染料敏化的-AlSiW11(H2O)O395-作为光催化剂,研究表明曙红Y染料与AlSiW。
9、11结合后不仅拓宽了激发光的波长,且有助于电荷的传输而提高光催化效率(Xing Liu,Yuexiang Li,Shaoqin Peng,Gongxuan Lu,and Shuben Li,Int.J.Hydrogen Energy,37,12150-12157,2012.)。虽然这些材料提高了多酸材料对太阳光的利用率,但也存在明显的缺陷,如金属钌价格昂贵,不利于推广应用;曙红Y染料作为敏化剂自身易被氧化。发明内容0004 本发明的第一目的是提供一种具有可见光活性、较好稳定性、环境友好型且易于回收利用的多酸基镍配合物复合材料。0005 所述多酸基镍配合物复合材料,由Wells-Dawson型阴。
10、离子P2W18O626-和镍2,2-联吡啶配合物阳离子Ni(2,2-bipyridine)36+通过氢键构筑形成Ni(2,2-bipyridine)3说 明 书CN 104402938 A2/4页4P2W18O62,用NiPW表示。0006 其中,NiPW可以Na2WO42H2O、NiCl26H2O、H3PO4、2,2-bipyridine和水为原料,利用水热法制备得到。0007 本发明的第二目的是提供该复合材料的制备方法。0008 所述多酸基镍配合物复合材料的制备方法,包括如下步骤:将Na2WO42H2O、NiCl26H2O和2,2-bipyridine按照物质的量比(12-15):(2-5。
11、):(4-6)混合后后,加入质量分数为85的H3PO40.1-0.3ml和去离子水16-20ml进行搅拌,并用NaOH溶液调节pH值为2-4之间,然后将上述混合物置于高压釜中,在150-180温度下水热4-6天,经过1-3天的时间逐步降至室温,即得到所述复合材料NiPW。0009 本发明的第三目的是提供该复合材料的应用。0010 该复合材料主要用于光催化降解有机染料。0011 其中,上述有机染料为甲基橙、甲基蓝、玫瑰红、刚果红或与前述具有相同生色团的有机染料。0012 进一步地,上述复合材料用于光催化降解有机染料废水。0013 有益效果:本发明与现有技术相比,其显著优点为:该多酸基镍配合物复合。
12、材料作为光催化材料,不仅具有很强的可见光活性、提高了对太阳光的利用率,而且易于回收、便于循环利用,降低成本。同时,该复合材料对诸多有机染料具有很好的光催化降解作用,可用于处理有机染料废水。另外,本发明的制备方法简单易行、重现性好、易于实施、有利于工业化生产。附图说明0014 图1是本发明多酸基镍配合物复合材料的紫外-可见漫反射光谱;0015 图2是本发明多酸基镍配合物复合材料的粉末衍射图谱(a)和模拟的衍射图谱(b)。0016 图3是本发明多酸基镍配合物复合材料作为光催化剂对甲基橙溶液的吸光度与光照射时间的关系。0017 图4是本发明多酸基镍配合物复合材料对甲基橙溶液的脱色率与光照射时间的关系。
13、。具体实施方式 :0018 下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。0019 本发明的多酸基镍配合物复合材料是首次合成的,由Wells-Dawson型阴离子P2W18O626-和镍2,2-联吡啶配合物阳离子Ni(2,2-bipyridine)36+构筑,得到Ni(2,2-bipyridine)3P2W18O62,简写为NiPW。0020 NiPW可采用水热法是制备,简单可靠,具体为:0021 实施例1:将Na2WO42H2O(0.429g,1.30mmol),NiCl26H2O(0.049g,0.21mmol),2,2-bipyridine(0.075g,0.48mmol)混合后,加入0.。
14、2ml H3PO4(85)和H2O(18ml)混合搅拌,并用2M NaOH溶液调节pH值为2.5之间,然后将混合物置于25ml的高压釜中,在160水热5天,经过2天的时间逐步降至室温,即可得目标产物,产率为55。将产物于玛瑙研说 明 书CN 104402938 A3/4页5钵中研磨后,即得到能用于可见光光催化的杂多酸材料NiPW。0022 实施例2:NiPW制备方法与实施例1基本相同,不同之处为:Na2WO42H2O、NiCl26H2O和2,2-bipyridine按照物质的量比12:2:4混合,加入H3PO4(85)0.2ml和H2O 16ml,150温度下水热4天,经过1天的时间逐步降至室。
15、温。0023 实施例3:NiPW制备方法与实施例1基本相同,不同之处为:Na2WO42H2O、NiCl26H2O和2,2-bipyridine按照物质的量比15:5:6混合,加入H3PO4(85)0.3ml和H2O 20ml,180温度下水热6天,经过3天的时间逐步降至室温。0024 采用德国布鲁克公司的Bruker Smart II单晶X-射线衍射仪进行单晶结构解析,结果表明该杂多酸材料NiPW由Wells-Dawson型阴离子P2W18O626-和镍2,2-联吡啶配合物阳离子Ni(2,2-bipyridine)36+通过氢键构筑成三维结构。运用ELementar Vario ELIII型元。
16、素分析仪和Jobin Yvon Ultima2 ICP光谱仪进行元素分析:计算值():W,55.66;Ni,2.96;P,1.04;C,18.18;H,1.22;N,4.24;实验值():W,55.51;Ni,2.83;P,1.14;C,18.29;H,1.31;N,4.36。本发明的复合材料NiPW纯度较高,从NiPW粉末衍射图谱(a)与其单晶结构模拟的衍射图谱(b)能够很好的对应可以得到证明(见图1)。0025 上述方法制得的NiPW在可见光区513nm和780nm附近有宽的吸收带(见图2)。其中,镍2,2-联吡啶配合物作为敏化剂,受到上述波段的光照射后,可将产生的光生电子传送到Wells。
17、-Dawson多酸建筑模块的最低未占轨道(LUMO),通过化学键或者氢键POM建筑模块阴离子结合后,可将激发光拓展到可见光区,从而提高多酸基复合材料对太阳光的利用率。另一方面,多酸基镍配合物通常难溶于常见的溶剂,可以作为异相催化剂使用,有利于回收利用。同时,镍金属配合物对环境友好、价格便宜且具有好的稳定性,故本发明利用镍配合物敏化Wells-Dawson型杂多酸进行有机染料降解。0026 NiPW复合材料的可见光光催化活性测试:0027 光催化实验:通过300W的氙灯照射多酸基镍配合物复合材料以降解水溶液中的甲基橙、甲基蓝、玫瑰红、刚果红等有机染料来完成。0028 具体过程为:将多酸基镍配合物。
18、复合材料加入到有机染料溶液中,在搅拌条件下,可见光光照有机染料溶液。0029 光催化活性评价:各称取0.25g NiPW杂多酸材料,分散到500ml的15mg/l的甲基橙、甲基蓝、玫瑰红、刚果红溶液中(含有1.3mmol/l H2O2),在300W氙灯下照射一定时间,取3ml悬浊液,离心分离,然后用PERKIN-ELMER公司Lambda 35紫外/可见分光度计测定染料在光照过程中吸收光谱的变化,测得反应液在最大吸收波长处的吸光度A1,从而计算出染料溶液相应浓度的变化。0030 样品对染料的光催化降解率的计算式为:0031 0032 式中:D为有机染料溶液的脱色率;C0为染料原液在最大吸收波长。
19、处的浓度值,C1为染料溶液在最大吸收波长处可见光光照一定时间后的浓度值;A0为染料原液在最大吸收波长处的吸光度值,A1为染料溶液在最大吸收波长处,可见光光照一定时间后的吸光度值。最大吸收波长甲基橙为505nm,甲基蓝为664nm,玫瑰红为554nm,刚果红为492nm。说 明 书CN 104402938 A4/4页60033 降解结果:在可见光开始照射后,甲基橙溶液的吸光度逐渐降低(图3),2小时后甲基橙的降解率可以达到99.32(图4);在光照2小时后甲基蓝的降解率可以达到92.34;在光照2小时后玫瑰红的降解率可以达到95.43;在光照2小时后刚果红的降解率可以达到87.53。0034 回收再利用:该NiPW多酸复合材料在循环5次后,仍能保持99.01的脱色率。此外该NiPW多酸杂化材料不溶于水,可以通过简单的离心的方法进行回收,便于循环利用,降低成本。说 明 书CN 104402938 A1/2页7图1图2说 明 书 附 图CN 104402938 A2/2页8图3图4说 明 书 附 图CN 104402938 A。