利用平面丝构建沸石咪唑骨架ZIF-8复合材料及其吸附水体重金属和有机染料功能的表征

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现代工业化进程逐渐加快,河道中的水污染问题日渐严重。重金属和有机染料污染是目前较严重的水污染问题,如果进入生物体内,会严重影响生物生理生化,从而导致生物体病变,甚至引起死亡。因此,寻找简单、有效的水污染处理方式是当下需要急切解决的问题。目前,大量的研究旨在寻找高效、实用的水污染处理方法,其中,吸附法因其成本低、来源广、易回收等优点成为水污染物处理领域一种可靠方法,寻找吸附效率高、稳定性好的材料逐渐也成为研究的热点。一种具有可调控的结构孔隙、较大的比表面积、良好的化学和优异的热稳定性的金属有机框架化合物(Metal Organic Frameworks,MOFs)在吸附领域有着广泛的应用前景。MOFs材料中有一类沸石咪唑骨架(Zeolite Imidazolate Frameworks,ZIFs)材料,其中,ZIF-8是一种典型ZIFs代表,呈粉末状,具有高吸附率。但是由于其粉末状结构,在实际应用中不易回收。因此,需要寻找一种力学性能良好、易回收的材料对其进行优化处理,进一步提高其吸附性能,促进其实际应用。家蚕平面丝(Flat silk cocoon)是家蚕吐出的像织布一样平面状的茧。平面丝在市场上价格低,易获得、加工,力学性能好,又兼备丰富的金属离子结合位点。因此,选择家蚕平面丝作为基底,用其诱导成致密ZIF-8涂层构建一种沸石咪唑骨架ZIF-8/平面丝复合材料,并探究其制备工艺、结构和吸附性能等的影响,从而对污水中重金属和有机染料进行吸附处理。本论文主要研究内容包括以下3部分:(1)ZIF-8/平面丝复合材料的制备及其功能研究。首先,利用自组装方法获ZIF-8/平面丝复合材料。该材料有一个较好的装载率,为5.3%;(2)ZIF-8/平面丝复合材料对无机重金属离子吸附性能研究。ZIF-8/平面丝复合材料用于吸附5种金属离子。其中,对Pb2+的吸附性最好,可达到96%,(3)ZIF-8/平面丝复合材料对有机染料吸附性能及回收研究。ZIF-8/平面丝复合材料对3种有机染料都显示了优异的吸附性和可回收性。对有机染料罗丹明的吸附率可达98%;ZIF-8/平面丝复合材料在30次回收循环后,仍可维持原有形貌,循环30次后吸附率达60%。ZIF-8/平面丝复合材料有良好吸附性和可回收性,本研究拓宽了丝蛋白材料的应用范围,具有很大的应用前景。
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