金属有机骨架UiO-66的改性及吸附四环素性能研究

来源 :福建工程学院 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhushaoxiang2009
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金属有机骨架(Metal-Organic Frameworks)是一类新兴的晶态多孔材料,因其比表面积大等特性,在吸附领域具有潜在应用前景。UiO-66是具有较高水热稳定性的MOFs,然而,UiO-66多为微孔材料,其孔径会减慢并阻碍大客体分子(如四环素)的扩散,减少吸附量。本文基于溶剂热法合成的微孔材料UiO-66,通过添加模板剂、掺杂金属及炭化三种不同方式,来调控UiO-66的孔结构,以期得到多孔级(微孔-介孔)材料。并探讨模板剂添加量、金属掺杂量、炭化时间等因素对多孔级材料的孔结构、晶体形貌、热稳定性等性能的影响。主要工作和结论如下:以ZrCl4为金属源,1,4-对苯二甲酸为有机配体,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,采用溶剂热法合成微孔材料UiO-66。其BET面积为1160.10 m2/g,平均孔径为1.77 nm,总孔容为0.51 cm3/g,500℃仍能保持骨架结构不坍塌,具有良好的热稳定性。在303K、四环素初始浓度为30 mg/L条件下,UiO-66的最大吸附量为39.78 mg/g。且具有一定的抗盐离子干扰能力和较好的循环吸附性能。吸附机理研究发现,吸附过程符合准二阶动力学模型、颗粒扩散模型和Langmuir等温模型。此外,吸附过程可能存在π-π相互堆积作用、氢键以及静电引力3种作用力。以ZrCl4为金属源,1,4-对苯二甲酸为有机配体,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为介孔模板剂,溶剂热法合成UiO-66/n SDBS。N2吸/脱附分析结果表明,UiO-66/n SDBS中有介孔生成,是多孔级材料,其中UiO-66/3SDBS的BET面积高达1393.36 m2/g,平均孔径为6.07 nm,总孔容为2.11 cm3/g。相同条件下,UiO-66/3SDBS的最大四环素吸附量为89.09mg/g,比UiO-66增加了171.78%,吸附平衡时间也缩短了150 min。以ZrCl4为金属源,1,4-对苯二甲酸为有机配体,硝酸镍(Ni(NO32·6H2O)为掺杂金属源,溶剂热法合成Ni UiO-X。其中Zr:Ni的摩尔比为1:1合成的Ni UiO-1有介孔生成,是多孔级材料,BET面积高达1455.20 m2/g,平均孔径为2.42 nm,总孔容为0.79 cm3/g。四环素吸附实验表明,相同条件下,Ni UiO-1的最大吸附量为49.25 mg/g,比UiO-66增加了23.8%,且吸附平衡时间缩短了约60 min。以UiO-66为前驱体,N2气氛下,600℃炭化30~150 min得到UiO-66-600℃-T,对炭化得到的样品进行酸处理,得到UiO-66-600℃-T-HF,其中UiO-66-600℃-30min-HF的BET面积、平均孔径和总孔容均最大,分别为1974.17 m2/g、3.28 nm、1.61 cm3/g。吸附实验表明,温度为303K、四环素初始浓度为30 mg/L条件下,UiO-66-600℃-30min-HF的最大吸附量为294.75 mg/g。
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