金属有机骨架材料及其复合物的制备和催化性能研究

发布时间：2018-03-23 07:42

本文选题：MOFs　切入点：催化　出处：《济南大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：金属有机骨架材料(MOFs)是一种由金属离子或金属簇和有机配体形成的一种三维结构材料。近来,MOFs被用作吸附剂去除水中各种有害污染物,如染料、除草剂、杀虫剂、制药和个人护理产品等。另一方面,由于这种材料独特的结构和物理化学性质,MOFs在催化方面的应用也是一个迅速扩张的领域。本论文制备了不同的金属有机骨架材料及其复合物,并探究其吸附催化性能。具体研究内容如下:(1)采用溶剂热法合成了MIL-101(Fe)、MIL-100(Fe)、MIL-53(Fe)、MIL-88B(Fe)四种铁基MIL材料,并采用X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段进行了表征。系统研究了四种铁基MIL材料对染料酸性橙(AO7)的吸附降解能力。结果表明,初始AO7溶液浓度为80 mg/L,过硫酸盐浓度为15 mmol/L,铁基MIL材料为0.2 g/L,初始pH值为6.16时,四种铁基MIL材料中,MIL-101(Fe)拥有最高的吸附能力和催化能力。综合吸附和降解总体情况来看,四种铁基MIL材料的能力顺序是MIL-101(Fe)MIL-100(Fe)MIL-53(Fe)MIL-88B(Fe)。机理探究表明,硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(·OH)在反应过程中起主要作用。循环实验表明,四种MIL材料都显示出了良好的稳定性并且可以多次重复使用。因此,铁基MIL材料/PS体系在处理难降解废水方面具有广阔前景。(2)通过溶剂热法和化学法成功地合成了AQS-NH-MIL-101(Fe)复合材料,并对其进行了FTIR、XRD、SEM、XPS、循环伏安图(CV)、电化学阻抗图(EIS)表征,结果表明成功将蒽醌-2-磺酸钠(AQS)与NH2-MIL-101(Fe)以S-N键相连。系统研究了所合成材料对环境雌激素双酚A(BPA)的吸附降解能力。结果表明,初始BPA溶液浓度为60 mg/L,过硫酸盐浓度为10 mmol/L,铁基MIL材料为0.1 g/L,初始pH值为5.76时,所制备的AQS-NH-MIL-101(Fe)复合材料相比于单纯的NH2-MIL-101(Fe)和游离AQS/NH2-MIL-101(Fe)在降解BPA时表现出更高的催化活性。表明AQS作为一种氧化还原介体可以在污染物的氧化或还原过程中起到加速电子转移的作用。机理探究表明,SO4-·和·OH在反应过程中起主要作用。循环实验表明,AQS-NH-MIL-101(Fe)复合材料显示出了良好的稳定性并且可以多次重复使用。因此,AQS-NH-MIL-101(Fe)/PS体系在处理难降解废水方面具有广阔前景。(3)采用溶剂热法成功地合成了HPW@MIL-53(Fe)光催化剂,并对其进行了FTIR、XRD、SEM、XPS、EIS、瞬态光电流响应(Photocurrent Response)表征,结果表明成功合成出HPW@MIL-53(Fe)光催化剂。系统研究HPW@MIL-53(Fe)光催化剂对难降解有机染料罗丹明B(RhB)的吸附降解能力。结果表明,初始RhB溶液浓度为20 mg/L,铁基MIL材料为0.1 g/L,初始pH值为4.67时,所制备的HPW@MIL-53(Fe)复合材料相比于单纯的MIL-53(Fe)和HPW在降解RhB时表现出更高的光催化活性。表明HPW@MIL-53(Fe)中HPW的存在加速了电子和空穴的有效快速分离,从而提高了复合材料的催化性能。机理探究表明,该氧化体系中·OH为主要的活性基团,而空穴(h+)和超氧自由基(O2-·)为次要活性基团。循环实验表明,HPW@MIL-53(Fe)复合材料显示出了良好的稳定性并且可以多次重复使用。因此,HPW@MIL-53(Fe)/光照体系在处理难降解废水方面具有广阔前景。
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【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O641.4;X703

【参考文献】