功能化金属—有机骨架材料对废水中金属离子及药物的吸附性能研究

发布时间：2020-03-21 08:01

【摘要】：作为一种新型多孔材料,金属-有机骨架材料(MOFs)近年来受到越来越多研究人员的关注,逐渐在气体储存、分离、催化等多个领域表现出巨大的潜力。脱除废水中的污染物如金属离子、药物污染物,对人类健康和环境保护具有十分重要的意义。本文针对金属-有机骨架材料在液相吸附分离方面的应用,选取核废水中的钡离子、废水中的三种氟喹诺酮类抗生素(诺氟沙星、氧氟沙星、依诺沙星)和百草枯污染物,围绕MOFs对这几种污染物的吸附性能,开展了以下研究:1、针对核废水中钡离子污染问题,我们选择具有丰富硫酸根基团的[Zr6(OH)10.8(SO4)3.6(BDC-NH2)3(H2O)7.4]· nH2O(Zr-BDC-NH2-SO4)作为吸附剂材料,研究了其对核废水中钡离子的吸附脱除性能。结果发现,Zr-BDC-NH2-SO4对钡离子表现出非常好的吸附效果,吸附量达到181.8 mg·g-1,高于大多数已报道材料的吸附量,具有很高的吸附选择性,且吸附后不发生泄漏,同时Zr-BDC-NH2-SO4在γ-射线辐射下可保持结构的稳定。此外,本工作还进行了穿透实验来初步评估体系的实际适用性。2、针对废水中抗生素污染问题,选择阴离子类型的MIL-101-Cr-SO3H作为吸附剂材料,研究了其对废水中三种氟喹诺酮类抗生素(诺氟沙星、氧氟沙星、依诺沙星)的吸附脱除性能。结果发现,MIL-101-Cr-SO3H对诺氟沙星、氧氟沙星、依诺沙星表现出很好的吸附效果,最大吸附量分别达到408.2 mg·g-1、450.4 mg·g-1、425.5 mg·g-1,均超过已报道文献中最大吸附量,同时,发现吸附效果与溶液pH值有关,并通过进一步实验推测吸附的发生是由于MIL-101-Cr-SO3H与三种氟喹诺酮类抗生素之间的静电作用。3、针对废水中农药污染的问题,选择MIL-101-Cr-SO3H作为吸附剂材料,研究了其对废水中百草枯的吸附脱除性能。结果发现,MIL-101-Cr-SO3H对百草枯有着较好的吸附效果,最大吸附量为177.0mg·g-1,超过目前大多数已报道材料的吸附量,并通过进一步实验推测该吸附过程的发生是由于MIL-101-Cr-SO3H与百草枯之间的静电作用。
【图文】：

单晶结构,灰色,蓝色,绿色

逦ＴＰＩ＞Ｃ逦Ｒｊ－ＢＤＣ逡逑图１－２邋ＩＲＭＯＦ合成中常见配体逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｕｓｕａｌ邋ｌｉｇａｎｄｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｏｆ邋ＩＲＭＯＦ逡逑（２）邋ＣＡＵ系列材料逡逑ＣＡＵ系列材料是由Ｎｏｒｂｅｒｔ邋Ｓｔｏｃｋ研究组首次提出的，这类材料无毒、稳定性良逡逑好。这个系列材料中最典型的是Ｎｏｒｂｅｒｔ邋Ｓｔｏｃｋ研宄组用氨基修饰的对苯二甲酸作为配逡逑体，以甲醇为溶剂以及铝盐合成的ＣＡＵ－１，结构如图１－３所示，利用这类材料孔隙率逡逑高、稳定性良好的特点，，再加上含有结构中氨基，可以对其进行修饰改性［３９］。其在后逡逑续的研宄中ＣＡＵ－１被发现具有疏水性，且控到窗口直径小，可用于醇水分离。目前多逡逑种ＣＡＵｓ材料，如ＣＡＵ－３，ＣＡＵ－４，ＣＡＵ－６，邋ＣＡＵ－８等己经陆续被合成出来。逡逑４逡逑

配体,材料,醇水分离,氨基修饰

逡逑图１－丨Ｍ０Ｆ－５的单晶结构［３８】（Ｚｎ：蓝色；Ｃ：灰色；０：绿色）逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＭＯＦ－５邋ｆｒａｍｅｗｏｒｋ邋（Ｚｎ：邋ｂｌｕｅ；邋０：邋ｇｒｅｅｎ；邋Ｃ：邋ｇｒｅｙ）逡逑0ｙ°逡逑：邋0邋＾邋＆逡逑０入Ｏ逦0Ａ）逦ｏ、0逦00逡逑ＲｒＢＤＣ邋ＥｒＢＤＣ邋Ｒ＾－ＢＤＣ逦ＲｒＢＤＣ逡逑ＢＰＤＣ逦ＴＰＩ＞Ｃ逦Ｒｊ－ＢＤＣ逡逑图１－２邋ＩＲＭＯＦ合成中常见配体逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｕｓｕａｌ邋ｌｉｇａｎｄｓ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｏｆ邋ＩＲＭＯＦ逡逑（２）邋ＣＡＵ系列材料逡逑ＣＡＵ系列材料是由Ｎｏｒｂｅｒｔ邋Ｓｔｏｃｋ研究组首次提出的，这类材料无毒、稳定性良逡逑好。这个系列材料中最典型的是Ｎｏｒｂｅｒｔ邋Ｓｔｏｃｋ研宄组用氨基修饰的对苯二甲酸作为配逡逑体，以甲醇为溶剂以及铝盐合成的ＣＡＵ－１，结构如图１－３所示，利用这类材料孔隙率逡逑高、稳定性良好的特点，再加上含有结构中氨基，可以对其进行修饰改性［３９］。其在后逡逑续的研宄中ＣＡＵ－１被发现具有疏水性，且控到窗口直径小，可用于醇水分离。目前多逡逑种ＣＡＵｓ材料，如ＣＡＵ－３，ＣＡＵ－４，ＣＡＵ－６，邋ＣＡＵ－８等己经陆续被合成出来。逡逑４逡逑
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O647.3;X703

【参考文献】