Fe-MOFs复合催化剂的制备及催化性能研究

发布时间：2017-07-26 08:26

  本文关键词：Fe-MOFs复合催化剂的制备及催化性能研究

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【摘要】：近年来,金属有机骨架材料(MOFs)由于其非常高的比表面积和结构的多样性,在气体吸附储存和分离、发光、磁性、药物输运以及催化等方面都有着潜在应用。基于Fe-MOFs的复合催化剂制备及其催化性能研究引起了越来越多的关注。本论文通过简单的溶剂热法制备3种不同的基于Fe-MOFs的复合催化剂,探究其催化降解性能。具体研究内容如下:(1)采用溶剂热法合成了Fe_3O_4@MIL-101(Fe)复合材料,该复合材料能有效活化过硫酸盐(PS)降解水中酸性橙7(AO7),MIL-101(Fe)对于Fe_3O_4活化过硫酸盐有促进作用。研究了初始pH值,MIL-101中氨基含量,MIL-101的中心金属原子以及自由基捕获剂等对AO7降解的影响。结果表明,初始AO7溶液浓度为25 mg/L,过硫酸盐浓度为25 mmol/L,Fe_3O_4@MIL-101(Fe)为1.0 g/L,初始pH值为3.58时,反应60 min后AO7可完全降解。很显然,Fe_3O_4@MIL-101(Fe)作为催化剂催化降解AO7的效率远远高于MIL-101(Fe)和Fe_3O_4。循环实验表明,Fe_3O_4@MIL-101(Fe)复合材料是稳定且可以重复使用的。因此,Fe_3O_4@MIL-101(Fe)/PS体系是处理难降解有机废水的一种有效的氧化技术。(2)通过溶剂热法成功地合成了具有可见光活性的BiOBr@MIL-88B(Fe)复合材料。光催化实验结果表明,所制备的BiOBr@MIL-88B(Fe)复合材料相比于单纯的BiOBr和MIL-88B(Fe)在降解罗丹明B(RhB)时表现出更高的可见光吸收和光催化活性。协同效应是由MIL-88B(Fe)的高吸附性以及BiOBr和MIL-88B(Fe)之间光生载流子分离的增强导致的。BiOBr@MIL-88B(Fe)复合材料与单纯的BiOBr或MIL-88B(Fe)相比,在可见光下降解RhB时表现出了较高的光催化性能,分别比BiOBr和MIL-88B(Fe)高1.5和2.2倍。光催化性能的提升是由BiOBr和MIL-88B(Fe)二者之间的异质结决定的,抑制了光生电子和空穴复合,同时提高了BiOBr@MIL-88B(Fe)复合材料中电子-空穴对的分离。这项工作为高效可见光催化剂的设计和开发提供了一种新的行之有效的策略。(3)采用溶剂热法成功地合成了CoxFe_(3-x) O_4@MOF-5催化剂,利用X-射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等对其结构进行了表征。以Co_(0.5)Fe_(2.5)O_4@MOF-5为催化剂,活化过硫酸钾催化降解水中AO7,考察了Co_(0.5)Fe_(2.5)O_4与MOF-5二者不同配比、Co_(0.5)Fe_(2.5)O_4@MOF-5催化剂用量、所用氧化剂浓度以及pH等因素对降解性能的影响。结果表明,MOF-5的加入能够有效提高AO7的降解率。Co_(0.5)Fe_(2.5)O_4与MOF-5最佳质量比是3:2;氧化剂用量的增加有利于促进降解反应的进行;Co_(0.5)Fe_(2.5)O_4@MOF-5在中性或碱性条件下催化降解AO7的效率较低,而在酸性条件其降解效率相对较高。另外,自由基捕获实验表明,该氧化体系中SO_4-?自由基为主要的活性基团,而·OH自由基和O2-?自由基为次要活性基团。最后,对催化剂的稳定性进行了探究,结果表明所制备的Co_(0.5)Fe_(2.5)O_4@MOF-5复合材料是比较稳定的。
【关键词】：MOFs材料 催化剂 核壳结构
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;O643.36
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 高级氧化技术11-14
• 1.1.1 高级氧化技术作用机理11
• 1.1.2 高级氧化技术的分类11-14
• 1.1.3 高级氧化技术存在的问题和发展方向14
• 1.2 金属有机骨架材料研究进展14-17
• 1.2.1 金属有机骨架材料的类型14-15
• 1.2.2 金属有机骨架材料的合成15-16
• 1.2.3 金属有机骨架材料的应用16-17
• 1.3 本论文的研究内容17-19
• 第二章 Fe_3O_4@MIL-101(Fe)/PS体系降解AO7的研究19-35
• 2.1 前言19-20
• 2.2 实验部分20-23
• 2.2.1 实验试剂20-21
• 2.2.2 实验仪器21
• 2.2.3 实验方法21-22
• 2.2.4 分析方法22-23
• 2.3 结果与讨论23-33
• 2.3.1 Fe_3O_4@MIL-101(Fe)的表征23-25
• 2.3.2 Fe_3O_4@MIL-101(Fe)的催化性能25-26
• 2.3.3 MIL-101中心金属原子的影响26-27
• 2.3.4 MIL-101(Fe)中氨基含量对催化性能的影响27-28
• 2.3.5 初始pH值对催化性能的影响28-29
• 2.3.6 反应机理探讨29-32
• 2.3.7 催化剂稳定性研究32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 BiOBr@MIL-88B(Fe)光催化降解RhB的研究35-51
• 3.1 前言35-36
• 3.2 实验部分36-39
• 3.2.1 实验试剂36
• 3.2.2 实验仪器36-37
• 3.2.3 实验方法37-38
• 3.2.4 分析方法38-39
• 3.3 结果与讨论39-49
• 3.3.1 BiOBr@MIL-88B(Fe)的表征39-41
• 3.3.2 BiOBr@MIL-88B(Fe)的催化性能41-42
• 3.3.3 污染物初始浓度的影响42-43
• 3.3.4 催化剂用量的影响43-44
• 3.3.5 BiOBr和MIL-88B(Fe)不同配比的影响44
• 3.3.6 初始pH对催化性能的影响44-45
• 3.3.7 反应机理探讨45-49
• 3.3.8 催化剂稳定性研究49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 CoxFe_(3-x)O_4@MOF-5/PS体系降解AO7的研究51-63
• 4.1 前言51-52
• 4.2 实验部分52-54
• 4.2.1 实验试剂52-53
• 4.2.2 实验仪器53
• 4.2.3 实验方法53-54
• 4.2.4 分析方法54
• 4.3 结果与讨论54-61
• 4.3.1 CoxFe_(3-x)O_4@MOF-5 的表征54-55
• 4.3.2 不同Co含量CoxFe_(3-x)O_4的催化性能55-56
• 4.3.3 Co_(0.5)Fe_(2.5)O_4与MOF-5 不同质量配比对降解AO7的影响56-57
• 4.3.4 催化剂投加量的影响57-58
• 4.3.5 污染物初始浓度的影响58
• 4.3.6 氧化剂浓度的影响58-59
• 4.3.7 初始pH对催化性能的影响59-60
• 4.3.8 反应机理探讨60
• 4.3.9 催化剂稳定性研究60-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-73
• 致谢73-75
• 附录75-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李庆远;季生福;郝志谋;;金属-有机骨架材料及其在催化反应中的应用[J];化学进展;2012年08期

2 江传春;肖蓉蓉;杨平;;高级氧化技术在水处理中的研究进展[J];水处理技术;2011年07期

3 李花;沈耀良;;废水高级氧化技术现状与研究进展[J];水处理技术;2011年06期

4 刘晶冰;燕磊;白文荣;冯惠谦;王R加，

本文编号：575526