MOF衍生无金属氮掺杂碳的制备及其在催化臭氧化和电氧化体系的应用研究

来源 :东莞理工学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:stone88822
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
MOFs材料具有高比表面积,大孔隙率,结构和功能灵活可控等特点,使得MOFs材料在催化、吸附、传感等方面有广泛的研究,但在实际应用中仍然存在许多挑战。目前已有大量研究致力于低成本MOFs的开发和应用,国际化学品巨头巴斯夫(BSAF)已经实现了部分MOFs的工业化量产及销售。由于MOFs具有高比表面积、高孔隙率以及多样的活性中心,MOFs已在水体净化、气体分离及挥发性有机物(VOCs)吸附等实际应用场景中展现出了出色的吸附分离能力。但是,对于吸附饱和后产生的废弃MOFs吸附剂如何进行有效地处理,目前较少有文献报道。根据前期的文献调研,MOFs可作为自牺牲模板经高温焙烧制备得到衍生碳、氮掺杂碳、金属氧化物/碳杂化等材料,这为本研究中进一步实现废弃MOFs的高值资源化应用提供了重要启示。本研究拟将模拟废弃MOF吸附剂进行热解制备得到衍生氮掺杂碳材料,进一步地将其拓宽应用于臭氧催化氧化和电催化氧化体系处理有机废水的研究,优化实验参数,阐述内在机理,并对处理实际废水能力进行评估,以期真正实现废弃MOF吸附剂的无害化、资源化处置利用。主要研究内容及结论如下:(1)以盐酸四环素(TCH)饱和吸附的失效MOFs吸附剂作为牺牲模版,实验室阶段实现资源化转化,制得无金属MOF衍生氮掺杂碳材料(Dr-CN)。SEM、XRD、FTIR、XPS、Raman等系列表征分析表明,N元素来源于饱和吸附的TCH污染物,N元素的成功引入显著影响了Dr-CN的物理化学性质,石墨氮是主要的活性位点,表面表面羟基及氧空位数量的增加,这些组成变化都可能对Dr-CN材料催化活性的提升具有影响。(2)构建了Dr-CN/O3体系,在O3浓度为32 mg/L,输入速率为50 m L/min,催化剂投加量为0.1 g/L时,对100 mg/L的草酸(OA)在20 min内实现完全降解,其降解速率常数为0.109±0.008 min-1,矿化率达81.4%,均高于所选的两种市售活性炭材料及无金属MOF衍生碳材料(Dr-C),表现出优异的催化活性。研究表明,·OH对OA的去除和矿化起关键作用,在10 min内Dr-CN/O3体系的·OH产率比Dr-C/O3高1.3倍左右,电子顺磁共振结果表明Dr-CN/O3体系存在·OH、O2·-和~1O2;Dr-CN/O3体系对于不同类型的实际有机废水表现出良好的处理潜力,经处理60 min后,对所选的三种实际有机废水达的处理效果均能达到相应的COD排放指标,表明了Dr-CN/O3体系具有一定的应用潜能。(3)将Magnéli相亚氧化钛(Ti4O7)与Dr-CN进行混合掺杂,成功制得Dr-CN/Ti4O7复合电极,通过对电极表征分析,Dr-CN的掺杂降低了电极的界面转移电阻,增加了活性面积,但同时也降低了析氧电位。实验结果表明,0.5%Dr-CN/Ti4O7复合电极在10 m A/cm~2的电流密度下,对50 mg/L的盐酸四环素在60 min时降解率达94.5%,高于纯Ti4O7电极(59.8%)和其他掺杂比例的Ti4O7复合电极;Dr-CN掺杂显著增强了电极的直接电子转移能力及·OH产量。(4)Dr-CN掺杂会导致电极使用寿命降低,但0.5%Dr-CN/Ti4O7复合电极循环使用20次后,电极性能只出现了较低程度的下降(TCH去除率从94.5%降至86.8%),工业使用寿命约为14.8年,且能耗要低于其他掺杂比例和纯Ti4O7电极。在电流密度为20 m A/cm~2,p H=3时,对实际有机废水表现出较好的COD去除率。少量的(0.5%)Dr-CN掺杂可以提高电极的氧化能力,降低使用能耗,在深度处理实际有机废水应用中具有极大的潜力。本研究为废弃失效MOFs吸附剂的处理和再利用提供了一种实用的方法,制得的氮掺杂碳材料在臭氧催化氧化和电催化氧化两个体系中表现出了优异的催化活性和潜在应用价值。
其他文献
本文研究了异构计算平台架构,对于FPGA+CPU实现的异构系统,在FPGA间根据队列的等待情况进行任务分配,片内按照种类和优先级将不同应用的加速请求进行分类,通过多维请求等待队列实现对同一个加速器的共享,并根据加速器的空闲状态进行动态分配,可以很好解决异构系统中加速器的动态共享与分配、加速请求阻塞以及数据高效传输问题。
期刊
文章从国际大环境、市场经营环境、企业内部组织环境分析和阐述环境变化对企业经营,尤其是民营企业发展的实质影响。无论作为初创企业还是成熟发展的企业,如果不了解所在行业所处环境,不能从国家政策层面、行业发展趋势方面及内部经营层面去创造环境,很难想象这个企业能成功,或者说能走多远。因此,无论是作为法人、经营者,还是管理者,对于外部、内部环境的敏感性必须要异于常人,因为这是获得成功的前提或先决条件。文章主要
期刊
农文旅有机融合是有效促进乡村产业链延伸和各地因地制宜实施乡村振兴战略的重要举措。该文系统分析甘肃省天水市秦安县积极将水蜜桃种植产业链条逐步拓展为当地农文旅有机融合产业的价值意蕴,并将其置于乡村振兴战略下加以考察,深入分析其在发展中如何以乡村振兴战略为指导,并总结其在推动地方乡村振兴方面取得的成效及发展的困境,对秦安如何继续依托资源禀赋、以“中国桃之乡”品牌作为依托,深化农文旅有机融合提出路径导向,
期刊
为解决高压共轨柴油机在故障诊断时因故障样本获取成本较高或故障样本获取难度较大造成的故障诊断训练样本不足问题,提出了一种使用基于数据增强的小样本学习方法与基于GA_BP神经网络的故障诊断方法的高压共轨系统小样本故障诊断方法.针对高压共轨小样本故障诊断的特性,使用最小二乘—生成式对抗神经网络(LSGANs)进行训练集的数据合成,提高了合成数据的质量与多样性,3种故障状态的合成数据与真实数据集的平均地球
期刊
针对城市轨道交通牵引制动能量瞬时大功率、短时大能量等引起的牵引网电压安全问题,采用车站地面式电池与车载超级电容构成的混合储能系统平抑直流牵引网功率波动,并根据电池和超级电容特性的不同,采用模糊推理系统和低通滤波法实现储能装置的动态功率分配,在传统双闭环控制策略基础上提出一种基于列车牵引功率前馈的混合储能系统动态功率分配策略。基于列车牵引功率前馈的控制策略可有效获取列车牵引功率需要,并实时监测储能装
期刊
基于长沙市2018—2020年逐日日最大电力负荷和同期逐日气象要素数据,统计分析了日最大电力负荷的变化规律及节假日/周末效应。用趋势法分离出气象敏感负荷,并将气象敏感负荷与气象要素做相关性分析,最后用支持向量机方法和多元线性回归法对负荷进行模拟预测。结果表明:长沙市日最大电力负荷在一年内有2个峰值,分别出现在夏季和冬季,长沙市日最大电力负荷整体呈现增长趋势。日最大电力负荷的节假日/周末效应不明显。
期刊
[目的/意义]当前,我国科技实力正在从量的积累迈向质的飞跃、从点的突破迈向系统能力整体提升阶段,加强科技创新体系相关研究,对于我国实现高水平科技自立自强将起到现实指导意义。[方法/过程]采用文本计量等分析方法,运用Python、VOSviewer和CiteSpace等可视化分析软件,对科技创新体系研究领域的高产作者及机构、核心文献、研究热点与趋势展开相关分析。[结果/结论](1)研究产出呈现稳步增
期刊
科技人才成长所需的外部情境是由多种外部因素组合形成,基础研究工作与技术开发工作存在性质差异,两类科技人才成长所对应的外部情境由此可能具有差异性,明确两类人才成长的外部情境差异将有助于科技人才成长管理和政策制定。采用模糊组态分析了来自中国科学院30个研究所从事基础研究与技术开发的共115名科技人才和48名普通科研人员的外部成长要素数据,发现从事基础研究工作的科技人才成长强调“名师高徒”,只有少量基础
期刊
高等教育是科研人员学术训练的重要阶段,毕业于高层次高校和拥有异质专业背景可以提供更好的学术起点和更广博的专业知识,对于科研人员成长有积极影响。此外,出国访学有助于了解国际学术前沿,更新专业知识与研究方法。高等教育背景与出国访学应当共同影响科研人员成长。采用“人才组”与“普通组”的匹配样本抽样方法,收集了来自中国科学院36个研究所共547名科研人员的数据,分析发现“人才组”比之“普通组”有更多人员本
期刊
院士是我国科技领域的最高学术荣誉称号。受我国具有资源倾斜特征的科技人才政策与制度化精英主义影响,院士不仅担当了科研领军者角色,还常兼任管理职务。基于科学社会学视角的地位权力理论,当选院士会带来“马太效应”,即地位优势带来的资源积累效应。分析行政任职这一社会性权力对院士科研论文数量、影响力与贡献度的影响。采用双重差分法分析了2005—2019年320名当选中国科学院院士与同期候选但未当选的383名科
期刊