磁性金属-有机骨架复合材料的制备及其对水中有机污染物吸附性能的研究
发布时间：2022-01-01 08:25
水中有机污染物的污染对水生环境和人类健康的危害已经引起人们的高度重视,由于其高毒性、难降解以及含量较低,致使有机污染物的去除和检测成为一项艰巨的任务,也是一个重要的研究方向,其中关键的瓶颈问题是发展高效吸附剂。因此,本文将金属-有机骨架材料（MOFs）的优异吸附特性与磁性材料的简便快速分离优点相结合,发展高效吸附富集废水中有机污染物的磁性MOFs（MMOFs）及分离分析方法。本文设计了以Fe3O4为中心,分别制备了三种MMOFs:MZIF-67（Co）、MMOF-235（Fe）和MMOF-5。制备的MMOFs分别对环丙沙星、亚甲基蓝、酚类具有良好的吸附效果,并对其吸附机理和吸附特性进行研究。其中MMOF-5结合HPLC-UV建立了一种水中酚类污染物分离富集的检测方法。第一章:简要介绍了水中有机污染物的危害及其研究进展;概述了磁性金属-有机骨架复合材料的制备方法以及应用。第二章:基于聚多巴胺修饰磁性粒子和表面层层自组装的方法,发展了磁性金属-有机骨架复合材料（MZIF-67（Co））的制备新方法。将聚多巴胺包覆的Fe3O<...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOFs的吸附机理Figure1-1TheadsorptionmechanismofMOFs
???旌衔锍??囟ǖ氖奔洹?其中，PDA的-OH和-NH充当高效分子接头，通过非共价吸附和共价交联相互作用吸引和锚定ZIF-7，促进ZIF的完全磁化并增强其稳定性和可重复使用性。将Fe3O4纳米颗粒负载在MOF上的另一种混合方法是化学键，与机械混合相比，化学键可以赋予所得材料更高的化学稳定性，更长的磁性能和更好的重现性。胡等人[32]首先将Fe3O4纳米颗粒用氨基官能化，然后立即在超声下添加到新形成的MOF-5白色沉淀物中，最后将混合物转移到高压釜中进行反应。可以通过X射线光电子能谱（XPS）确认基于化学键的机理（图1-2）。这种将氨基官能化的Fe3O4纳米粒子化学键合到MOFs晶体表面的方法提高了杂化微晶的化学稳定性和结构均匀性。图1-2磁性MOF-5的XPS光谱（A）N1sXPS光谱（B）和O1sXPS光谱（C）[32]Figure1-2XPSspectraofmagneticMOF-5(A)N1sXPSspectra(B)andO1sXPSspectra(C)[32]1.2.1.2原位生长法该方法是基于原MOFs的制备，然后分散在含有用于制备MNPs的试剂的混合物中。MNPs的生长是在MOFs存在下进行的。通常通过这种方法是将MNPs嵌入在MOFs的表面获得MMOFs。由于合成的产物MMOFs中大量的游离MNPs，在分离过程中，通过离心分离MNPs，然后在外部磁场下分离MMOFs和MOFs。最近，Saikia及其同事[33]报道了一种在MIL-101(Cr)载体上合成Fe3O4纳米颗粒，以首次获得Fe3O4@MIL-101(Cr)纳米复合材料的简便方法，即将氨水添加入含FeCl2，FeCl3和MIL-101(Cr)的悬浮液。从FESEM图像中可以看出，均匀球形的Fe3O4纳米颗
第一章绪论5粒结合在MIL-101表面上，而不会破坏MIL-101(Cr)的特征立方对称性。BET的表面积和孔体积分别保持在1439m2g-1和0.97cm3g-1。纳米复合材料具有超顺磁性。王等人[34]报道了通过新颖的原位还原沉淀法成功制备了Fe3O4/MIL-101(Cr)。根据推测，该材料形成过程是溶液中的Fe3+通过金属键与Cr3+结合，对MIL-101(Cr)的-COOH产生螯合作用，然后部分Fe3+被亚硫酸钠还原为Fe2+离子。最后，在添加氨溶液的情况下均匀地形成了Fe3O4纳米颗粒（图1-3所示）。这种方法更简单，更快捷，超声处理有效地避免了结块，在室温下仅需要45分钟的就完成反应。图1-3Fe3O4/MIL-101(Cr)合成过程[34]Figure1-3SynthesisprocessofFe3O4/MIL-101(Cr)[34]1.2.1.3嵌入法顾名思义，嵌入法是将磁性粒子材料嵌入MOFs的表面。通常，当通过包埋法制备MNPs时，将MNPs置于MOFs的成核和生长混合物中，然后通过超声或水热条件将MNPs包埋在形成的MOFs中。通过嵌入方法合成的MMOFs材料结构通常类似于MOFs结构。在包埋法的基础上，庞等人[35]在室温下，将2-甲基咪唑（2-MeIM）和Zn(NO3)2在纳米Fe3O4存在下反应制备了Fe3O4/ZIF-8复合材料。根据纳米结构中的磁性分布和粒子的表面电荷，Fe3O4/ZIF-8复合材料的生长可归因于胶体粒子之间的静电吸引驱动的纳米晶嵌入过程。将Zn(NO3)2溶液注入混合物后，通过均匀成核，2-MeIM和Zn2+迅速形成小的ZIF-8晶体种子。随着ZIF-8纳米晶的生长，表面的正电荷逐渐增加，因
本文编号：3561992
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MOFs的吸附机理Figure1-1TheadsorptionmechanismofMOFs
???旌衔锍??囟ǖ氖奔洹?其中，PDA的-OH和-NH充当高效分子接头，通过非共价吸附和共价交联相互作用吸引和锚定ZIF-7，促进ZIF的完全磁化并增强其稳定性和可重复使用性。将Fe3O4纳米颗粒负载在MOF上的另一种混合方法是化学键，与机械混合相比，化学键可以赋予所得材料更高的化学稳定性，更长的磁性能和更好的重现性。胡等人[32]首先将Fe3O4纳米颗粒用氨基官能化，然后立即在超声下添加到新形成的MOF-5白色沉淀物中，最后将混合物转移到高压釜中进行反应。可以通过X射线光电子能谱（XPS）确认基于化学键的机理（图1-2）。这种将氨基官能化的Fe3O4纳米粒子化学键合到MOFs晶体表面的方法提高了杂化微晶的化学稳定性和结构均匀性。图1-2磁性MOF-5的XPS光谱（A）N1sXPS光谱（B）和O1sXPS光谱（C）[32]Figure1-2XPSspectraofmagneticMOF-5(A)N1sXPSspectra(B)andO1sXPSspectra(C)[32]1.2.1.2原位生长法该方法是基于原MOFs的制备，然后分散在含有用于制备MNPs的试剂的混合物中。MNPs的生长是在MOFs存在下进行的。通常通过这种方法是将MNPs嵌入在MOFs的表面获得MMOFs。由于合成的产物MMOFs中大量的游离MNPs，在分离过程中，通过离心分离MNPs，然后在外部磁场下分离MMOFs和MOFs。最近，Saikia及其同事[33]报道了一种在MIL-101(Cr)载体上合成Fe3O4纳米颗粒，以首次获得Fe3O4@MIL-101(Cr)纳米复合材料的简便方法，即将氨水添加入含FeCl2，FeCl3和MIL-101(Cr)的悬浮液。从FESEM图像中可以看出，均匀球形的Fe3O4纳米颗
第一章绪论5粒结合在MIL-101表面上，而不会破坏MIL-101(Cr)的特征立方对称性。BET的表面积和孔体积分别保持在1439m2g-1和0.97cm3g-1。纳米复合材料具有超顺磁性。王等人[34]报道了通过新颖的原位还原沉淀法成功制备了Fe3O4/MIL-101(Cr)。根据推测，该材料形成过程是溶液中的Fe3+通过金属键与Cr3+结合，对MIL-101(Cr)的-COOH产生螯合作用，然后部分Fe3+被亚硫酸钠还原为Fe2+离子。最后，在添加氨溶液的情况下均匀地形成了Fe3O4纳米颗粒（图1-3所示）。这种方法更简单，更快捷，超声处理有效地避免了结块，在室温下仅需要45分钟的就完成反应。图1-3Fe3O4/MIL-101(Cr)合成过程[34]Figure1-3SynthesisprocessofFe3O4/MIL-101(Cr)[34]1.2.1.3嵌入法顾名思义，嵌入法是将磁性粒子材料嵌入MOFs的表面。通常，当通过包埋法制备MNPs时，将MNPs置于MOFs的成核和生长混合物中，然后通过超声或水热条件将MNPs包埋在形成的MOFs中。通过嵌入方法合成的MMOFs材料结构通常类似于MOFs结构。在包埋法的基础上，庞等人[35]在室温下，将2-甲基咪唑（2-MeIM）和Zn(NO3)2在纳米Fe3O4存在下反应制备了Fe3O4/ZIF-8复合材料。根据纳米结构中的磁性分布和粒子的表面电荷，Fe3O4/ZIF-8复合材料的生长可归因于胶体粒子之间的静电吸引驱动的纳米晶嵌入过程。将Zn(NO3)2溶液注入混合物后，通过均匀成核，2-MeIM和Zn2+迅速形成小的ZIF-8晶体种子。随着ZIF-8纳米晶的生长，表面的正电荷逐渐增加，因
本文编号：3561992
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