Co-MOFs材料的制备及汞离子脱除研究
发布时间：2020-05-25 06:35
【摘要】：随着工业技术的飞速发展,电厂废水中重金属离子的脱除治理已显得越发重要,其中汞离子由于明显的持久性、生物蓄积性和毒性,已经被许多国际机构列为重要的污染物。2011年7月,中国环境保护部颁布《火电厂烟气排放标准》GB13223-2011,首次将汞作为新的控制指标,该标准明确规定2015年起,全部燃煤锅炉汞及汞的化合物浓度限值为0.03mg·m~(-3)。金属有机骨架材料(Metal Organic Framework,MOFs)作为一种新型功能性分子材料,具有其它材料无法比拟的结构可控制和易功能化的特性。本文借鉴目前较成熟的几种MOFs材料的制备方法,尝试不同的制备条件,成功制备出三种新型的MOFs材料;对原始材料进行硫醇改性,制备出具有优良脱汞能力的改性MOFs材料;以燃煤电厂脱硫废水中汞离子为考察对象,分别以改性前后MOFs材料为研究对象,对含有汞离子的溶液进行吸附实验研究,考察吸附时间、温度、初始浓度、溶液初始pH值等因素对吸附性能的影响,对比分析不同材料吸附性能的差异;通过对实验数据的动力学、等温式及热力学进行拟合,对已制备的MOFs材料进行吸附机理的研究。(1)以钴离子作为金属离子,对苯二甲酸和均苯三甲酸为有机配体,通过溶剂热法成功制备出三种具有规则微观形貌的新型MOFs材料,分别表示为D-MOFs、F-MOFs及Q-MOFs材料;通过室温搅拌法对已制备的三种材料进行-SH修饰,成功合成出SH-D-MOFs、SH-F-MOFs及SH-Q-MOFs材料;(2)运用现代化分析技术(SEM、XRD、EDS、BET、TG和FTIR等),对改性前后材料的形貌、物相、晶型及元素组成等进行分析表征。结果表明:改性前材料具有规则的微观形貌和优秀的热稳定性;通过溶剂热合成法成功将钴离子与有机配体进行组装;通过室温搅拌法,成功引入硫醇官能团,改性后材料热稳定性有所下降,但比表面积有所提高;随着改性剂的增加,材料微观形貌逐渐破损,但总体保持完整;(3)三种原始MOFs材料经实验发现脱汞能力相对较差,但通过硫醇改性后,吸附能力显著提高,SH-D-MOFs材料在硫醇添加量为0.5ml、pH=5.5、T=35℃时,为最佳反应条件,最大吸附量达到412.80mg·g~(-1);SH-F-MOFs材料和SH-Q-MOFs材料在硫醇添加量为1ml、pH=6、T=30℃时,为最佳反应条件;最大吸附量分别达到614.00mg·g~(-1)和507.20mg·g~(-1);(4)对吸附后实验数据的热力学、动力学和等温式进行拟合,结果显示三种改性材料对Hg~(2+)的吸附过程符合准二级动力学模型,吸附过程主要是以表面吸附为主的扩散过程,且吸附过程主要受化学吸附机理的控制;通过热力学拟合结果显示,?G~00,表明吸附过程是自发过程;?H~00,表明吸附过程是放热反应;?S~00,表明材料对Hg~(2+)的吸附过程中,固-液表面的混乱度增加;通过等温线拟合结果显示,材料对Hg~(2+)的吸附过程更符合Langmuir模型,说明材料对Hg~(2+)的吸附属于单分子层吸附。
【图文】：
图 2-1 Hg2+的标准工作曲线始溶液的配制-1的 Hg2+储备液，分别稀释至 800 mg·L-1、400 m-1，用于后期吸附实验。吸附实验改性前后 MOFs 材料于 100ml 锥形瓶中，加入 2住瓶口，放入超声清洗机中超声分散 5min，随后置荡速度为 120 rpm，一定时间后取出，静置 10min改变溶液初始浓度、pH 值及溶液温度等条件，探平行实验，保证实验数据的准确性。附率的测定00100%C CC
参考目前较成熟的几种 MOFs 材料（MIL-101、MOF-74 及 HKUST-1 等）的制备方法通过调整溶剂比，合成温度及反应时间等制备条件，确定了最佳的制备条件。由于 D-MOF材料吸附 Hg2+能力较差，参考相关文献的改性方法，对煅烧温度，硫醇添加量等因素进行实验研究，，采取后期改性法将巯基官能团（-SH）成功修饰到 D-MOFs，成功制备出具有优秀吸附能力的 SH-D-MOFs 材料。本章首先运用现代化分析技术（SEM、XRD、EDS、BET、TG 和 FTIR 等），对改性前后材料的形貌、物相、晶型及元素组成等进行分析表征，对所得结果进行分析。其次，以汞离子为考察对象，探索改性前后 D-MOFs 材料的吸附性能。考察吸附过程中，初始浓度、吸附时间、吸附剂用量、反应温度等对吸附性能的影响。最后，通过对实验数据的热力学、动力学和等温式拟合，对吸附机理进行初步探讨。3.1 D-MOFs 材料的表征3.1.1 XRD 表征
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X773
【图文】：
图 2-1 Hg2+的标准工作曲线始溶液的配制-1的 Hg2+储备液，分别稀释至 800 mg·L-1、400 m-1，用于后期吸附实验。吸附实验改性前后 MOFs 材料于 100ml 锥形瓶中，加入 2住瓶口，放入超声清洗机中超声分散 5min，随后置荡速度为 120 rpm，一定时间后取出，静置 10min改变溶液初始浓度、pH 值及溶液温度等条件，探平行实验，保证实验数据的准确性。附率的测定00100%C CC
参考目前较成熟的几种 MOFs 材料（MIL-101、MOF-74 及 HKUST-1 等）的制备方法通过调整溶剂比，合成温度及反应时间等制备条件，确定了最佳的制备条件。由于 D-MOF材料吸附 Hg2+能力较差，参考相关文献的改性方法，对煅烧温度，硫醇添加量等因素进行实验研究，，采取后期改性法将巯基官能团（-SH）成功修饰到 D-MOFs，成功制备出具有优秀吸附能力的 SH-D-MOFs 材料。本章首先运用现代化分析技术（SEM、XRD、EDS、BET、TG 和 FTIR 等），对改性前后材料的形貌、物相、晶型及元素组成等进行分析表征，对所得结果进行分析。其次，以汞离子为考察对象，探索改性前后 D-MOFs 材料的吸附性能。考察吸附过程中，初始浓度、吸附时间、吸附剂用量、反应温度等对吸附性能的影响。最后，通过对实验数据的热力学、动力学和等温式拟合，对吸附机理进行初步探讨。3.1 D-MOFs 材料的表征3.1.1 XRD 表征
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
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本文编号：2679727
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