金属—有机骨架材料脱除废水中硝基苯的实验研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:dada_2003
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废水中含有多种毒害有机物,当其未经净化直接排入水生环境时,会对人体造成严重的损害,因此如何高效地处理这些毒害物质便成为亟待解决的问题。金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是由无机金属离子和有机功能基团两部分构成的多孔杂化材料。与其他材料相比,MOFs具有较大的比表面积、规整的孔道结构以及较好的热和化学稳定性,已被广泛应用于气相吸附与分离、催化、药物控释和光电磁等领域,但在液相吸附与分离领域的研究十分稀少。因此,本工作以对环境具有较强毒性的硝基苯为研究对象,系统地研究MOFs对于硝基苯的吸附行为,筛选出两种具有较高硝基苯吸附能力的MOFS,此外还探究了吸附硝基苯时MOFs的构效关系。具体研究内容如下:1、为保证MOFs的种类多样性,本工作采用溶剂/水热合成法制备出二十种具有不同结构且水热稳定性均较好的MIL-53s,MIL-68s, MIL-100s, UiO-66(Zr)-X, CAUs和ZIFS,并对活化后的材料进行了粉末X射线衍射、77K下氮气吸脱附等温线、热重分析、红外光谱以及扫描电镜的实验表征。2、采用间歇吸附法,利用紫外分光光度计,研究了前期制备出的MIL-53(A1,Fe),MIL-100(Cr, Fe), MIL-68(Al, In), UiO-66(Zr),UiO-66(Zr)(-NH2,-NO2), ZIFs-7,-8, CAUs-1,-6对于硝基苯的吸附能力。初步筛选后的实验结果表明,CAU-1和MIL-68(Al)具有较好的吸附效果,在最优条件下测定其最大吸附量分别达到970±10和1130±10mg·g-1。此吸附过程符合二级动力学模型和颗粒内扩散模型,以及单分子层的Langmuir模型。再生后的MOFs对硝基苯仍具有良好的吸附能力。因此,这两种Al-MOFs是潜在的高效脱除废水中硝基苯的吸附剂。3、为进一步探究MOF材料对硝基苯吸附的构效关系,本工作选择制备出的MIL-53(Al, Fe), MIL-53(A1)-1,4-NDC, MIL-53(Al)-NH2, MIL-100(Fe, Al, Cr), MIL-68(Al, In), MIL-68(In)-NH2, UiO-66(Zr)(-1,4-NDC,-2,6-NDC), CAUs-1,-6, CAU-1-(OH)2, ZIFs-7,-8作为研究材料,对比改变金属簇的类型、改性功能基团以及骨架柔性时MOFs对硝基苯的吸附性能。结果发现金属自身的性质、骨架柔性的表现形式、有机配体的种类以及水分子与材料之间的作用力都起到重要作用。
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