含金属氧簇的MOF材料：合成与水体污染物去除性能研究

发布时间：2020-07-04 01:27

【摘要】：在经济发展迅速的发展中国家,水污染已经成为一个严重的问题。许多水处理方法已被广泛研究和应用。其中,吸附法和光催化法在水处理工艺中的应用由来已久。金属-有机骨架材料可以通过有机配体和金属离子配位,通过自组装形成复杂的网络结构,金属-有机骨架材料被认为比传统的多孔材料更具优势,在环境修复领域具有巨大的潜力。本文通过水热法合成了几种新型材料,通过室温搅拌法调控经典金属-有机骨架材料MIL-88A的形貌,分析其表征,将其应用于荧光传感或吸附及光催化领域,最后探讨污染物去除机理。最终得出以下结论:1.采用水热法合成了2种不同构型的多钼酸盐杂化材料[β-Mo_8O_(26)](11bca)(NH_4)_2·2H_2O(BUC-76)和[δ-Mo_8O_(26)](11bca)_2·2H_2O(BUC-77)。并对2种材料进行多种表征分析。结果表明,BUC-76和BUC-77能在pH为1-12的酸碱度范围内保持稳定。两种材料作为吸附剂可吸附去除水中的重金属Pb~(2+),吸附后用硝酸等无机酸稀溶液洗涤,可使其再生。对阳离子型染料亚甲基蓝有选择性吸附,并可实际应用于固相萃取柱。另外,BUC-77可作为荧光探针识别水环境中的Pb~(2+)离子。BUC-77荧光猝灭率与Pb~(2+)离子浓度呈良好的线性关系,检出限为6.91 ppb。实验证明BUC-77对Pb~(2+)离子具有选择性荧光识别和高效吸附去除的双重功能。2.采用水热法合成了一种具有铜、钼双金属的金属有机骨架材料Cu_2Mo_4O_(14)(11pbc)·2H_2O(BUC-74)。以盐酸异丙嗪为靶物探究了BUC-74的吸附性能。在303K时,每克BUC-74能够吸附602 mg的污染物盐酸异丙嗪。该吸附过程的吸附动力学符合伪二级动力学方程,吸附行为受物理吸附和化学吸附共同作用。热力学过程能够与Langmuir等温线模型相拟合,同时利用Langmuir等温线模型计算吸附过程的Gibbs自由能变ΔG~0、焓变ΔH~0和熵变ΔS~0,说明该吸附过程是一个自发、吸热且自由度逐渐增加的过程,并推测吸附过程由静电吸附起主要作用。通过对BUC-74的表征可知,BUC-74对紫外光有吸收,实验探究BUC-74催化还原Cr(Ⅵ)的光催化活性,及还原效率受pH的影响。实验证明,BUC-74能够在90 min内将10 mg/L Cr(Ⅵ)完全还原为Cr(Ⅲ)。还原效率随pH升高而降低。BUC-74被循环使用五次后,光催化效率没有明显降低并且结构没有垮塌。证明BUC-74是一种具有吸附和光催化双功能的新材料。3.优化经典金属-有机骨架材料MIL-88A合成方法,采用室温搅拌法制备出MIL-88A-1和MIL-88A-2。通过扫描电子显微镜可知MIL-88A-1粒径大于MIL-88A-2。以染料中的罗丹明B和新兴污染物中的双酚A为靶物,将两种材料应用于光催化降解有机污染物的研究。实验结果表明,两种样品都具有很好的光催化性能,MIL-88A-2的光催化活性最高。对照试验表明,催化剂与H_2O_2协同发生光芬顿反应促进降解效率的提高,并通过活性物质捕捉实验和羟基自由基捕捉实验验证光催化机理。从循环使用MIL-88A-2前后的表征测试结果中可以看出,材料表现出优越的稳定性和重复利用性。证明MIL-88A-2在光催化领域有广阔的应用前景。
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X52;O641.4
【图文】：

示意图,光催化,应用开发,参考文献

图 1-1 光催化应用开发的 MOF 类型示意图（经参考文献[53]许可复制）stration of the types of MOF developed for photocatalytic applications (reppermission from ref.[53]) 90 年代末开始研究 MOF 的光化学性质，但因在水中的稳定性域应用。例如，Alvaro 等[56]2007 年报道了使用 MOF-5 对水中sdorf 等[57]观察到 MOF-5 在不同水环境出现了结构的变化，揭013 年，Laurier 等[58]表述了几种铁系 MOFs（MIL-88B、MIL光（550nm）下降解罗丹明 6G 的光催化活性。虽然染料降解比传统的 TiO2更具活性，反应后依然保持较理想的结晶度。从用 MOF 的工作陆续被发表。在 MOFs 的众多研究中，ZIF-8、(Ti)最为引人注目[59]，它们的光催化机制与 II 类 MOF 相对应L-101、MIL-53 和 MIL-88B 中，光被 Fe-O 团簇利用从而使光生上[60]。染料的光催化降解水通常从纺织、橡胶、纸张、皮革、塑料、化妆品和印刷等行业

技术路线图,回收材料,绪论,提高性能

第一章绪论1.5 实验技术路线图为探究 MOFs 材料在环境领域的应用前景，拟采用如图 1-2 所示技术路线图，实验进行对新材料的合成、经典材料制备方法优化、材料性能探究以及性能实验前后材料的表征分析，揭示 MOFs 材料的结构、形貌、性能影响规律及反应机理。通过优化制备方法、开发材料的多种用途、探究材料的稳定性，达到降低成本、提高性能和回收材料的目的。

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