论文部分内容阅读
金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)因其具有许多优良的特性,包括高比表面积、稳定的骨架结构,而引起人们广泛研究兴趣。沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF-8)作为一种典型的MOFs材料,具有较高化学稳定性的显著特点,并在沸水、NaOH溶液、有机溶剂甚至高压条件下都有很好的热稳定性,现在已被很多应用领域广泛应用。刚果红染料废水是典型的高浓度、高色度的有机废水,直接采用传统的生化和物化方法处理效果不佳。本文利用沸石咪唑材料(ZIF-8)高效去除水体中刚果红,在目前研究领域中尚属首次,通过研究不同影响因素对吸附过程的影响以及研究吸附反应过程机理,旨在解决染料废水处理中的难题,为实际工程应用提供理论依据。本论文以氯化锌和二甲基咪唑为原料,以甲醇为溶剂,在一定条件下合成出沸石咪唑材料(ZIF-8),通过对材料性质进行表征,如扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),傅式红外光谱(FTIR),比表面积及孔隙度分析等,并与之前研究报道合成的ZIF-8材料进行比较,发现与之前合成的ZIF8材料结构性质基本一致。研究了不同条件下,ZIF-8材料对刚果红染料吸附的影响,如混合时间、初始浓度、温度、初始pH和盐离子等条件,并与其他两种传统吸附材料(活性碳和沸石)对刚果红吸附效果进行比较,发现ZIF-8材料具有明显的优势,为工业应用提供了有力依据。通过对实验数据进行处理,拟合出适合该吸附过程的吸附等温线方程和吸附动力学方程,发现该吸附过程更好符合二级动力方程,从而可以推断其反应过程属于化学吸附而非物理吸附;同时,Langmuir方程更加适用于该吸附过程,说明了吸附反应属于单层分子表面吸附过程,并推导出ZIF-8材料对刚果红染料分子的最大吸附容量,在pH=7.8时,最大吸附量可达1250 mg g-1,在pH=4时,最大吸附量达到2000mg g-1，表明了该材料对刚果红染料分子具有很强的吸附能力,在工业水处理方面具有广阔的应用前景。利用材料吸附前后表征结果可以分析出,ZIF-8材料在吸附前后表面结构和形状以及性质未发生明显变化。同时,可以推断出该吸附反应机理,ZIF-8材料与刚果红染料分子之间的作用是由于吸附剂材料进入水体后水解成大量的Zn-OH基团与染料分子带有的-SO3和-N=N-基团之间产生的作用力,当吸附后-SO3基团大量附着在ZIF-8材料表面,使其表面带有大量的负电荷。另外也伴有刚果红分子中苯环与ZIF-8材料中方向咪唑环发生了π-π键作用。