Fe基MOFs材料在光催化和分子印迹技术方面的应用研究

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随着工业、制药业及养殖业等各行业的快速发展,染料、抗生素等有机污染物被排放到环境中,对生态系统和人类的健康发展造成了极大威胁。光催化技术能够利用太阳能降解有机污染物,具有清洁、高效及无二次污染等优点。作为一种多孔晶体材料,金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)是由金属离子或金属簇与含氧、氮等有机配体构建而成,具有不饱和金属位点、比表面积大、孔隙率高、孔道结构及性质可调等优势,在吸附和催化降解污染物方面具有广阔的应用前景。其中,Fe-based MOFs因Fe3-μ3-oxo团簇的存在,可被可见光激发而具有光催化活性。因此本论文选择了一种Fe-based MOFs,即NH2-MIL-101(Fe),开展了NH2-MIL-101(Fe)材料在光催化领域和分子印迹技术方面的研究,具体工作如下:1.将{001}TiO2和NH2-MIL-101(Fe)通过简便的溶剂热法成功制备出{001}TiO2@NH2-MIL-101(Fe)异质结复合材料(MT-x),用于可见光下降解罗丹明B。通过XRD、FT-IR、SEM、TEM、XPS、BET、UV-vis DRS及PL等测试方法对所制备材料的结构、形貌和光学性能进行了表征分析;考察了MT-x复合材料的光催化性能及其光催化性能的影响因素,结果表明MT-3复合材料对Rh B的去除率可达90%以上,比单一组分NH2-MIL-101(Fe)或{001}TiO2的光催化活性都高,这表明NH2-MIL-101(Fe)和{001}TiO2两者之间紧密接触界面可促进光生载流子的分离和转移,从而具有更高的光催化性能;通过自由基捕获实验发现,MT-3在光催化降解Rh B的过程中,·O2-是起主要作用的活性物种,h+和·OH次之。另外,该复合材料还具有优异的稳定性,且可重复使用。2.采用表面分子印迹技术在NH2-MIL-101(Fe)表面成功制备了四环素分子印迹聚合物(TMIP),用于可见光下高效且选择性降解废水中四环素类抗生素。通过XRD、FT-IR、SEM、TEM、XPS、BET、UV-vis DRS及TGA等表征方法对TMIP进行了分析;优化了TMIP的制备条件并考察了其吸附性能,TMIP对四环素的印迹因子可达3.37,并且对四环素类抗生素均有较高的选择性和良好的吸附量。此外,TMIP对实际水样中四环素也可以快速完全降解,具有很大的实际应用价值。3.以槲皮素为模板分子,通过表面分子印迹技术在NH2-MIL-101(Fe)表面制备了槲皮素分子印迹聚合物(QMIP),并将其应用到乌桕粗提物中槲皮素等黄酮类成分的富集分离。通过一系列的表征方法对QMIP进行了表征分析,考察优化了QMIP的制备条件及吸附性能,发现QMIP的印迹因子可达2.86且具有良好的选择性。最后,QMIP对乌桕粗提物中的槲皮素及槲皮素等黄酮类成分具有较好的富集效果,说明MOFs基分子印迹材料在中药等天然活性成分的分离提取方面具有潜在的应用价值。
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