UiO-66-NH 2 复合材料的合成及其对淡化海水中硼的吸附性能研究
发布时间：2021-11-11 10:15
随着淡水资源匮乏的问题日益严重,利用淡化海水是工业生产、农业生产和人类日常生活中的必然趋势。但是在淡化的海水中,通常存在着硼浓度过高的问题,会对人体和植物体产生毒性。因此,对于淡化海水中硼的去除受到了很多的关注。由于吸附法具备着吸附剂成本低、易于再生、吸附效果好等优点,致使其成为了如今最具有发展潜力和运用前景的除硼技术之一。本文使用溶剂热法制备了水稳型金属有机框架UiO-66-NH2,以及两种基于UiO-66-NH2的复合材料吸附剂,分别是由氧化石墨烯（GO）和UiO-66-NH2复合而成的UiO-66-NH2/GO,以及由GO、UiO-66-NH2和磁性纳米粒子（Fe3O4）复合而成的UiO-66-NH2/GO/Fe3O4,并对两种复合材料的硼吸附性能进行了研究。通过氮气吸附/脱附等温线、扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）、傅立叶变换红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）、X-射线光电子能谱（XPS）和磁滞回线（V...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOFs自组装示意图
8图1-2UiO-66的结构表现（a）由金属节点（青色）和配体（灰色）组成的UiO-66面心立方结构（b）组成12UiO-66笼的节点和配体结构（c）组成7.5UiO-66笼的节点和配体结构（d）原子表示的配色方案[66]Fig.1-2ArepresentationoftheUiO-66structure.(a)Theface-center-cubicUiO-66structurecomposedofthemetalnode(aqua)andligand(gray)withanatomicrepresentationofthenodeand12-connectedterepthalicacidlinkers.(b)Thenodeandligandstructurecomposingthe12UiO-66cage.(c)Thenodeandligandstructurecomposingthe7.5cage.(d)Thecolorschemefortheatomicrepresentation1.5.2UiO-66的合成MOFs主要是通过有机配体、金属离子簇和金属离子的架桥作用构建而成的，影响MOFs合成的反应条件包括温度、金属离子与有机配体的摩尔比、溶剂、体系pH值、组分浓度、反应时间等，这些因素将决定所制备的MOF的结构和性能[68]。用于合成UiO-66的方式有溶剂热法、微波法和机械化学法等。（1）溶剂热法溶剂热法是通过把金属离子、有机配体、调节剂、反应溶剂和其他材料以合适的比例配比在聚四氟乙烯衬里中进行的，然后将其置于高温反应器中以特定温度进行激发反应。反应结束之后，把反应器自然降温到室温，用去离子溶液重复洗涤产品数次，从而达到脱除杂质的目的。随后，用无水乙醇或其他溶液在设定温度下再次清洗产品[69]。真空干燥后，可以得到纯净的UiO-66。UiO-66的常用金属前体为ZrCl4，有机配体为对苯二甲酸，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）[70]。（2）微波法微波法具有快速加热的特点，该方法不存在迟滞效应和温度梯度，可以使UiO-66加速成核从而减小晶体的尺寸，同时增加晶体中的核数。Ren等[71]在120℃下使用微波法合成UiO-66，仅花费了5min
10对刚果红、甲基橙、若丹明B和亚甲蓝的去除率均在94%以上。Tambat等[86]以锆为金属、氨基对苯二甲酸为连接基用水热法制备了NH2-UiO-66，在中性pH和室温下对番红花色素的最大吸附容量为390mg/g。1.6氧化石墨烯（GO）的概述1.6.1GO及其特点石墨烯是独特的二维碳纳米材料，其由单原子厚的碳原子薄片通过sp2杂化轨道来构建出六边形呈蜂巢晶格的结构，厚度约为0.334nm，理论最大表面积为2630m2/g[87]。GO是一种石墨烯的衍生物，一般通过氧化石墨后剥离来获得，其形成的具体原理仍在探索当中。GO继承了石墨烯有高比表面积、高比热导率和高电位吸附容量等独特的物理化学性质，而得到了广泛的应用。由于在形成过程中引入了大量氧基功能团，使得GO具有更为复杂的结构，其结构示意如图1-3所示，常用结构理论模型有LK模型（Lerf-Klinowskimode1）、DSM模型（Dynamicstructuremodel）和二组分结构模型（Two-componentstructuremodel）等。GO表面存在着羟基、羧基和环氧基等丰富的官能团，相比于石墨烯有着更好的亲水性并更容易在水中扩散，同时还具有较大的比表面积。然而，由于GO晶面间的π-π键的存在，很容易在水环境中聚集。相应地，这会导致GO的表面积会因此减少、化学性质变得不活跃等问题，对水中污染物的去除能力造成影响[88]。因此，通常需要采用改性或与其它材料复合的方式来改良这些缺点。图1-3GO结构示意图[89]Fig.1-3SchematicstructureofGO1.6.2GO在水处理中的应用（1）抗生素的去除大规模滥用抗生素已导致严重的环境问题，GO在较宽的pH范围内具有负电荷，所以能够聚合带有氨基的抗生素，适合用于处理水中的抗生素。Wang等[90]以石墨为原料用
本文编号：3488678
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOFs自组装示意图
8图1-2UiO-66的结构表现（a）由金属节点（青色）和配体（灰色）组成的UiO-66面心立方结构（b）组成12UiO-66笼的节点和配体结构（c）组成7.5UiO-66笼的节点和配体结构（d）原子表示的配色方案[66]Fig.1-2ArepresentationoftheUiO-66structure.(a)Theface-center-cubicUiO-66structurecomposedofthemetalnode(aqua)andligand(gray)withanatomicrepresentationofthenodeand12-connectedterepthalicacidlinkers.(b)Thenodeandligandstructurecomposingthe12UiO-66cage.(c)Thenodeandligandstructurecomposingthe7.5cage.(d)Thecolorschemefortheatomicrepresentation1.5.2UiO-66的合成MOFs主要是通过有机配体、金属离子簇和金属离子的架桥作用构建而成的，影响MOFs合成的反应条件包括温度、金属离子与有机配体的摩尔比、溶剂、体系pH值、组分浓度、反应时间等，这些因素将决定所制备的MOF的结构和性能[68]。用于合成UiO-66的方式有溶剂热法、微波法和机械化学法等。（1）溶剂热法溶剂热法是通过把金属离子、有机配体、调节剂、反应溶剂和其他材料以合适的比例配比在聚四氟乙烯衬里中进行的，然后将其置于高温反应器中以特定温度进行激发反应。反应结束之后，把反应器自然降温到室温，用去离子溶液重复洗涤产品数次，从而达到脱除杂质的目的。随后，用无水乙醇或其他溶液在设定温度下再次清洗产品[69]。真空干燥后，可以得到纯净的UiO-66。UiO-66的常用金属前体为ZrCl4，有机配体为对苯二甲酸，溶剂为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）[70]。（2）微波法微波法具有快速加热的特点，该方法不存在迟滞效应和温度梯度，可以使UiO-66加速成核从而减小晶体的尺寸，同时增加晶体中的核数。Ren等[71]在120℃下使用微波法合成UiO-66，仅花费了5min
10对刚果红、甲基橙、若丹明B和亚甲蓝的去除率均在94%以上。Tambat等[86]以锆为金属、氨基对苯二甲酸为连接基用水热法制备了NH2-UiO-66，在中性pH和室温下对番红花色素的最大吸附容量为390mg/g。1.6氧化石墨烯（GO）的概述1.6.1GO及其特点石墨烯是独特的二维碳纳米材料，其由单原子厚的碳原子薄片通过sp2杂化轨道来构建出六边形呈蜂巢晶格的结构，厚度约为0.334nm，理论最大表面积为2630m2/g[87]。GO是一种石墨烯的衍生物，一般通过氧化石墨后剥离来获得，其形成的具体原理仍在探索当中。GO继承了石墨烯有高比表面积、高比热导率和高电位吸附容量等独特的物理化学性质，而得到了广泛的应用。由于在形成过程中引入了大量氧基功能团，使得GO具有更为复杂的结构，其结构示意如图1-3所示，常用结构理论模型有LK模型（Lerf-Klinowskimode1）、DSM模型（Dynamicstructuremodel）和二组分结构模型（Two-componentstructuremodel）等。GO表面存在着羟基、羧基和环氧基等丰富的官能团，相比于石墨烯有着更好的亲水性并更容易在水中扩散，同时还具有较大的比表面积。然而，由于GO晶面间的π-π键的存在，很容易在水环境中聚集。相应地，这会导致GO的表面积会因此减少、化学性质变得不活跃等问题，对水中污染物的去除能力造成影响[88]。因此，通常需要采用改性或与其它材料复合的方式来改良这些缺点。图1-3GO结构示意图[89]Fig.1-3SchematicstructureofGO1.6.2GO在水处理中的应用（1）抗生素的去除大规模滥用抗生素已导致严重的环境问题，GO在较宽的pH范围内具有负电荷，所以能够聚合带有氨基的抗生素，适合用于处理水中的抗生素。Wang等[90]以石墨为原料用
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