金属有机骨架基复合材料吸附阴离子染料性能的研究

来源 :浙江师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:chenchenhao
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微孔结构的金属有机骨架材料(Metal Organic Framewok,MOFs)在水环境中容易水解导致结构坍塌,束缚了其吸附分离水中阴离子染料分子的性能。基于以上难点,本文分别将中孔活性炭、碳纳米管、13X型分子筛与MOFs设计组装成复合材料,相比于MOFs,复合材料的抗水性和吸附性均得到改善,展现出对阴离子染料大分子的吸附优势,为MOFs材料的应用提供了新思路。研究内容包括以下三方面:1.以介孔活性炭、硝酸锌、硝酸铜和均三苯甲酸(H3BTC)为原料,运用原位水热合成法一锅制备Zn/Cu-BTC@MC新型复合材料。采用N2吸-脱附(N2 adsorption-desorption)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)和热重分析(Thermogravimetric Analysis,TGA)等技术对Zn/Cu-BTC@MC 进行了系统表征。与Zn/Cu-BTC相比,Zn2+和Cu2+双金属协同效应强化了材料对刚果红(CR)染料分子的选择性和吸附容量,Zn/Cu-BTC@MC的最高吸附量可达1064 mg/g,比Zn/Cu-BTC提高了20%,扩散速率提高了10倍。Zn/Cu-BTC在300℃结构开始塌陷,而Zn/Cu-BTC@MC在500℃仍然保持良好的结构,热稳定性提高了40%。此外,Zn/Cu-BTC@MC具有良好的循环再生性能,再生率可超过90%。Langmuir和准二级动力学模型较好的描述了对CR染料分子的吸附过程。2.以UiO-67与碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)为原料,运用原位水热合成法制备出UiO-67@CNTs介孔复合材料。采用N2吸-脱附、SEM、XRD和FT-IR等技术对材料复合前后的BET比表面积、形貌、结构及主要官能团进行了系统表征。介孔结构特征的复合材料对CR染料分子的吸附扩散系数比UiO-67提高了10倍,UiO-67@CNTs最大吸附量为1025 mg/g。另外,UiO-67@CNTs展现出良好的抗水性,浸渍水中7天,吸附容量仍可以达到90%左右,而在浸泡32天后,UiO-67@CNTs对CR的最大吸附比UiO-67提高了30%,Langmuir和准二级动力学模型较好的描述了对CR染料分子的吸附过程。3.以球形13X分子筛为基底材料,运用原位水热合成法将微米级的MOFs镶嵌在13X分子筛外表面,制备了Zn/Cu-BTC@13X、MOF-5@13X、ZIF-8@13X和UiO-66@13X四种核壳型复合材料。采用SEM、FT-IR、XRD和N2吸-脱附等技术对材料进行了系统表征,复合材料中的MOFs仍然保持良好的形貌、晶体结构与主要官能团等原有性质。静态吸附实验表明,四种材料对甲基橙(MO)吸附容量大小对比为Zn/Cu-BTC@13X>MOF-5@13X>ZIF-8@13X>UiO-66@13X,分别为331、322、160和155 mg/g;动态吸附实验表明,Ui O-66@13X穿透时间是13X的3倍,饱和容量是13X的6.7倍,毫米级大尺寸的结构特征为MOFs材料在工业化的吸附塔中应用提供了新思路。
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