金属有机框架纺丝纤维膜的制备及其在多氯联苯去除以及水油分离中的应用

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近年来,随着工业革命的发展以及现代化进程的快速推进,我国水污染问题日趋严重。多氯联苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)和油类物质作为水体环境的典型污染物,由于其在环境中作用的持久性以及易为生物富集和放大,不仅对水生生物的生存和工农业生产带来影响,对人类健康也构成巨大威胁。因而,也成为了许多研究者关注的焦点和亟待解决的问题。本研究拟通过静电纺丝技术将金属有机骨架材料(metal organic framework materials,MOFs)负载到高孔隙率、高柔韧性的纺丝纤维膜上,制备出金属有机框架纺丝纤维膜(MOFs FMs),对PCBs以及油类污染物进行分离去除,达到净水效果。采用静电纺丝技术制备H3BTC FM作为原位生长MOFs的基底膜,通过110℃、24 h的水热反应,在膜表面原位生长MOFs,制备出MIL-100(Fe)FM,选取三氯联苯(PCB28)和四氯联苯(PCB52)作为目标物,并且采集天津市津河水进行实际水样过滤。结果显示,对于PCB28去除率在95%以上,PCB52的去除率在80%以上,且经过简单的清洗和干燥后可以重复使用,循环10次去除效果依然稳定。通过VASP5.4.1软件模拟结果可知,其吸附机制是MIL-100(Fe)与PCB之间的π-π作用。通过静电纺丝技术制备NH2-H2BDC FM作为原位生长MOFs的基底膜,然后在110℃、24 h的水热反应条件下在膜表面原位生长MOFs,制备出NH2-MIL-101(Fe)FM,将其用作进行油/水分离。选取3种水油混合物(二甲苯、大豆油、三氯甲烷)作为污染模型进行过滤分离,通过光学显微镜观察过滤前后混合物中油滴含量,并通过TOC-3000检测计算去除率。为进一步验证其实际应用效果,采集了当地的实际水样进行过滤,每次过滤后通过简单的清洗和干燥后可以重复使用。经过10次循环使用后发现,对于水油混合物分离率稳定在96%以上。综上,金属有机框架纺丝纤维膜稳定性好,去除率高,制备过程简便、成功率高且成本低可重复使用,在去除持久性有机污染物PCBs与水油分离方面具有广阔的应用前景,为今后水中有机物质的去除提供一种新材料。
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