铁基双金属MOF类芬顿催化剂制备及其性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jff3551
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金属有机框架(MOFs)是一种新型的结晶多孔材料,它具有可控的组成、结构和孔径,因此在诸多领域引起了广泛关注。然而,MOFs存在的配位和催化的不饱和金属中心有限、材料稳定性差等缺点限制了其发展。为了提高催化剂的催化性能并增强其稳定性,先将第二种金属离子掺入现有MOFs材料的骨架节点,代替部分原金属离子后,催化剂的催化性能得到显著提高;然后通过材料的负载或掺杂非金属元素来降低催化剂中金属离子的浸出,进而提高催化剂的重复利用性能。具体内容如下:(1)采用传统溶剂热法合成高比表面积的复合催化剂(Fe0.25Cu0.75(BDC)@DE)并对盐酸四环素(TC)进行了高效降解。降解结果表明:在最佳条件下,120 min内TC降解率可达93%左右。从一系列物理化学的表征可以看出,Fe和Cu的氧化还原对之间的相互作用可以加速界面电子转移,对Fe3+的还原起着至关重要的作用。Cu的路易斯酸性质实现了反应体系p H范围的扩大,使材料在中性和酸性条件下都有很好的降解效果。将催化剂负载到硅藻土上可以减少团聚和降低金属离子的浸出。该催化剂结构稳定性好,离子浸出比负载前有很大降低:Fe离子的浸出由0.49 mg/L降到0 mg/L,Cu的浸出由2.3 mg/L降到1.3 mg/L,5次催化反应循环后催化剂降解效率仍能达到81.8%。该工作不仅在开发高性能的催化剂方面取得了重要进展,而且为MOFs催化剂的快速环境修复提供了实用性的信息。(2)采用绿色的氢氧化钠介导法来制备ZIF-67,将过渡金属Fe掺杂到ZIF-67(Co)中后,通过调节Co和Fe之间的比例并煅烧碳化,制备出的不同催化剂应用到基于~1O2的高级氧化系统来降解双酚A(BPA)。结果表明,当掺杂比例为Co:Fe=2:1时,碳化后的双金属MOF催化剂对BPA的降解效果达到97.6%以上。催化剂在酸性和中性条件下均能高效工作,说明它有较宽的p H工作范围。催化剂的离子浸出比煅烧前有所减小,Co离子的浸出由15 mg/L降到8.4 mg/L,3次催化反应循环后催化剂的降解效率仍能达到76.4%。这项研究不仅合成了可重复利用性能强、反应活性好,以及耐p H值的复合催化剂,也为新型高效催化剂提供了一种操作简单且对环境友好的合成途径。
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