金属有机骨架、二氧化钛复合材料的制备及其在有机物处理中的应用

发布时间：2018-01-21 14:28

  本文关键词： 金属有机骨架材料 TiO_2 吸附 光催化降解 有机染料　出处：《天津工业大学》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)是一种新型的多孔材料,具有高度发达的孔隙结构,以及极大的比表面积和孔道容积,对有机物有极强的吸附能力。光催化材料是一类具有光催化活性,能在紫外光甚至可见光照射下降解各类化学物质或杀灭细菌的半导体材料。纳米二氧化钛因其光催化活性高、化学和生物稳定性好、氧化能力强、能耗低、可重复使用成为性质最优良的光催化材料。本论文旨在研究不同MOFs与二氧化钛包覆的复合材料。主要内容概括如下:(1)以溶胶-凝胶法制备复合材料TiO_2@MIL-100,去除水溶液中的罗丹明B。复合材料TiO_2@MIL-100既具有MIL-100的优良的吸附能力,又结合了 TiO_2的光催化活性,这对污水中有机污染物的去除及水体的净化具有重大的意义。此外,我们展示了复合材料TiO_2@MIL-100作为一种有机物的"分子泵"能够超高效的吸附并降解水溶液中的有机物。后续研究将着重改进TiO_2壳层的生长方式,使复合材料的形貌及壳层厚度更加可控。(2)以MIL-101为吸附基体及TiO_2生长模板,以钛酸丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂、稳定剂,采用高温高压"一锅法"制备了核-壳型复合材料TiO_2@MIL-101。TiO_2@MIL-101复合材料合成后,无需经过高温活化即可同时具备优良的吸附性能及光催化降解活性。采用高温高压法制备TiO_2@MIL-101复合材料不仅TiO_2壳层厚度均匀,形貌规整,粒度均匀,同时能够显著提高水中有机物的去除效率,具有良好的实际应用价值。我们将TiO_2@MIL-101复合材料应用于水中多种有机染料去除过程中,实验表明TiO_2@MIL-101复合材料与纯MIL-101相比,不仅吸附容量显著增大,同时展现了卓越的光催化活性。(3)报道了一种简单的核-壳型复合材料TiO_2@MIL-53的制备方法,并将其应用于高效吸附和降解多种非离子型有机染料中。制备的复合材料TiO_2@MIL-53不仅具有MIL-53的优良吸附性质,同时具有锐钛矿型TiO_2的光催化活性。不仅如此,高温活化的TiO_2@MIL-53复合材料与纯MIL-53材料相比,具有更大的吸附容量。该复合材料良好的展现出MOFs的吸附优势以及锐钛矿型TiO_2的光催化性能,使得MOFs-TiO_2复合材料在污水净化方面的应用性得到进一步展现。
[Abstract]:Organometallic skeleton material (MOFs) is a new porous material with highly developed pore structure, great specific surface area and pore volume. Photocatalytic materials are a kind of photocatalytic materials with photocatalytic activity. Semiconductor materials that can degrade all kinds of chemicals or kill bacteria under ultraviolet or even visible light irradiation. Because of its high photocatalytic activity, good chemical and biological stability, strong oxidation ability, low energy consumption. Reusable photocatalytic materials are the most excellent photocatalytic materials. The purpose of this thesis is to study the composite materials coated with different MOFs and titanium dioxide. The main contents are summarized as follows: 1). Composite TiO_2@MIL-100 was prepared by sol-gel method. Removal of Rhodamine B from aqueous solution. The composite TiO_2@MIL-100 not only has the excellent adsorption ability of MIL-100, but also combines the photocatalytic activity of TiO_2. This is of great significance to the removal of organic pollutants in sewage and the purification of water body. We have demonstrated the "molecular pump" of composite TiO_2@MIL-100 as an organic substance. It can efficiently adsorb and degrade organic matter in aqueous solution. Further studies will focus on improving the growth mode of TiO_2 shell. The morphology and shell thickness of the composite were more controllable. (2) MIL-101 as adsorption matrix and TiO_2 growth template, butyl titanate as titanium source, anhydrous ethanol as solvent, stabilizer. The core-shell composite TiO_2@MIL-101.TiO_2@MIL-101 composites were prepared by "one-pot method" under high temperature and high pressure. TiO_2@MIL-101 composites prepared by high temperature and high pressure method not only have uniform thickness of TiO_2 shell, but also have excellent adsorption performance and photocatalytic degradation activity without high temperature activation. The morphology is regular and the particle size is uniform. At the same time, the removal efficiency of organic matter in water can be improved significantly. It has good practical application value. We applied TiO_2@MIL-101 composite material to the removal process of various organic dyes in water. The experimental results show that the adsorption capacity of TiO_2@MIL-101 composite is significantly larger than that of pure MIL-101. At the same time, a simple preparation method of core-shell composite TiO_2@MIL-53 was reported. It has been applied to the high efficiency adsorption and degradation of Nonionic organic dyes. The prepared composite TiO_2@MIL-53 not only has the excellent adsorption properties of MIL-53. At the same time, it has the photocatalytic activity of anatase type TiO_2. Moreover, the high temperature activated TiO_2@MIL-53 composite is compared with the pure MIL-53 material. The composite shows the advantage of MOFs adsorption and the photocatalytic performance of anatase type TiO_2. The application of MOFs-TiO_2 composites in wastewater purification is further demonstrated.
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB332;X703

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本文编号：1451729