【摘 要】
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近年来,汞污染问题已经获得国内外学者的广泛关注,如何处理汞污染成为目前亟待解决的问题。吸附法由于技术简约、成本低廉、高效快速且环境友好等优点,具有较好的应用前景。MOFs材料具有种类多、比表面积大、孔隙率高且孔道可调控、易修饰等诸多优势,是一种潜在的、性能优良的Hg（Ⅱ）吸附剂。基于此,本文设计合成了ZIF-7-NH2和UiO-66-DMP材料,通过吸附实验,结合材料表征和DFT计算,研究Hg（Ⅱ
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近年来,汞污染问题已经获得国内外学者的广泛关注,如何处理汞污染成为目前亟待解决的问题。吸附法由于技术简约、成本低廉、高效快速且环境友好等优点,具有较好的应用前景。MOFs材料具有种类多、比表面积大、孔隙率高且孔道可调控、易修饰等诸多优势,是一种潜在的、性能优良的Hg（Ⅱ）吸附剂。基于此,本文设计合成了ZIF-7-NH2和UiO-66-DMP材料,通过吸附实验,结合材料表征和DFT计算,研究Hg（Ⅱ）在MOFs材料上的吸附行为与作用机理。为高性能Hg（Ⅱ）吸附剂的开发提供理论依据,主要研究工作如下:（1）以Zn（Ⅱ）基MOF材料ZIF-7为基础,基于DFT计算的吸附结合能,从官能团-NH2、-SH、-COOH、-OH、-CH3和卤素-Cl等中筛选出适宜的改性基团,其中-NH2和-SH,尤其是-NH2功能化改性的吸附剂对Hg（Ⅱ）具有良好的吸附效果。研究表明,溶液pH在2～6内,原位氨基功能化合成的ZIF-7-NH2材料对Hg（Ⅱ）的去除率均较高,且在初始浓度100 mg·L-1、吸附剂用量1 g·L-1的条件下,2 min内去除率可达99.20%。Hg（Ⅱ）的最大吸附量高达1512.00 mg·g-1,与文献报道的Hg（Ⅱ）较优吸附剂水平相比,显著提升111.7%左右。结合吸附实验、表征分析和DFT计算结果,发现吸附过程除了静电作用和螯合作用外还存在离子交换作用。（2）为进一步提高MOFs结构稳定性,遵循以上-NH2和-SH功能化可提升Hg（Ⅱ）吸附性能的思路,以Zr（Ⅳ）基UiO-66-NH2为前驱体,通过席夫碱反应以戊二醛为桥联引入多N基和S基配体4,6-二氨基-2-巯基嘧啶,成功合成UiO-66-DMP新型吸附材料。研究发现,在pH为7、初始浓度100 mg·L-1、吸附剂用量1 g·L-1的条件下,UiO-66-DMP对Hg（Ⅱ）的最大去除率达95.97%。使用1%硫脲和0.1 M盐酸混合液为脱附剂,在5次吸-脱附循环后,去除率仍可达85.42%。Hg（Ⅱ）的最大吸附量可达822.00 mg·g-1,与文献报道的Hg（Ⅱ）较优吸附剂水平相比,提升15.1%左右。此外,在Ca（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Co（Ⅱ）、Mg（Ⅱ）、Mn（Ⅱ）、Ni（Ⅱ）等共存离子的干扰下,UiO-66-DMP能够保持对Hg（Ⅱ）高选择性吸附。通过吸附实验、表征分析结合DFT计算结果,表明吸附过程Hg2+离子难以置换出UiO-66骨架中心节点Zr4+离子,证明UiO-66骨架结构具有优良的稳定性。XPS分析和DFT计算结果发现,UiO-66-DMP上N和S吸附位点都能有效地结合水体中的Hg（Ⅱ）。相比于ZIF-7-NH2,UiO-66-DMP具有更好的稳定性和重复使用性,且保持了较高的吸附性能。
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