磁性金属有机骨架的合成及其在唑类杀菌剂去除中的应用

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唑类杀菌剂由于其广谱、高效等特点,在农业生产过程中已被应用于多种病害的防治。但是,如果不科学不合理使用,环境中残留的农药会对人类健康和生态环境造成潜在危害。因此,去除环境中残留的唑类杀菌剂至关重要。本研究论文基于金属有机骨架(MOFs),自主合成四种新型磁性MOF复合吸附材料,并围绕这些材料成功建立了环境水中唑类杀菌剂残留的去除方法。首先,利用SEM、TEM、FT-IR、VSM和XRD等技术对这些磁性吸附材料进行表征,得到其表面结构和性质特征;其次,优化它们对唑类杀菌剂的吸附效率,在最优条件下评价其吸附性能;此外,将吸附动力学、等温线和热力学与XPS、FTIR等表征分析相结合,揭示它们对目标药剂的吸附机理;最后,将其应用于环境水样中唑类杀菌剂的去除,评价它们的实际应用潜力。具体研究内容如下:(1)Fe3O4@ZnAl-LDH@MIL-53(Al)的合成及其应用研究。通过共沉淀和溶剂热的方法制备得到Fe3O4@Zn Al-LDH@MIL-53(Al),表征分析表明Zn Al-LDH和MIL-53(Al)均成功包裹在Fe3O4上。此外,对吸附过程各参数进行优化,在最优条件下考察了其吸附性能;吸附机理研究表明,该材料对唑类杀菌剂的吸附主要通过氢键、表面络合和π–π相互作用,且符合拟二阶动力学和Langmuir模型,最大吸附容量为71.79 mg/g。循环使用评价表明,该材料拥有良好的重复利用性;最后,将该材料应用于四种环境水中目标杀菌剂的去除,去除率均大于95%。(2)Fe3O4@MXene@MOF-74的合成及其应用研究。先通过蚀刻法制得MXene,再通过共沉淀和溶剂热的方法合成Fe3O4@MXene@MOF-74,表征分析表明,其具有微孔和介孔的结构。此外,对影响吸附的参数进行优化,吸附过程更符合拟二阶动力学和Langmuir模型;对唑类杀菌剂的吸附是自发、吸热且无序性增加的,最大吸附容量为120.96 mg/g;对唑类杀菌剂的吸附主要是基于氢键、共价键和π–π相互作用,伴随着静电吸引和物理吸附作用;循环使用实验表明其有优良的的重复利用性,在三个地区的稻田水中对四种唑类杀菌剂均展现出良好的去除率,均超过90%。(3)Fe3O4@LS@ZIF-8的合成及其应用研究。通过超声和溶剂热的方法成功将木质素和ZIF-8修饰在Fe3O4表面,表征结果说明其具有较大的比表面积和较强的磁性,具有成为磁性吸附剂的潜力。此外,对吸附实验中影响吸附效率的各参数进行优化,在最优条件下研究了该材料的吸附性能。实验结果表明:Fe3O4@LS@ZIF-8对唑类杀菌剂的最大吸附容量为100.33 mg/g,拟二阶动力学和Langmuir模型更适合描述该吸附过程;吸附机理主要包括共价键、氢键和π–π相互作用;在四种环境水样中均展现出良好的去除率,去除率在70%-99%之间,且木质素的引入有利于降低成本。(4)MBC@Fe/Mg-MIL-88B的合成及其应用研究。通过共沉淀和溶剂热的方法成功合成MBC@Fe/Mg-MIL-88B,表征分析显示其拥有较高的比表面积和热稳定性。此外,对影响吸附效率的各参数进行了优化,在最优条件下研究了吸附动力学、等温线和热力学。结果表明:MBC@Fe/Mg-MIL-88B对唑类杀菌剂的吸附过程更符合拟二阶动力学和Langmuir模型;吸附机理主要包括静电吸引、氢键、共价键和π–π相互作用;在四种环境水样中对目标杀菌剂的去除率均大于90%。
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