基于金属有机骨架材料的高效吸附剂研发

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近年来,金属有机骨架材料(MOFs)作为一种新型的吸附剂,因其拓扑结构多样性、比表面积较大以及孔径可以调节等特性,在国内外备受关注。本文制备了多种金属有机骨架材料,以染料、铬酸盐以及对硝基苯酚为目标污染物,研究其对污染物的吸附性能。具体研究结果如下:(1)合成了MIL-101-Fe和NH2-MIL-101-Fe,并对其进行XRD、FTIR、SEM、EDX以及Zeta电位的表征。系统研究了NH2-MIL-101-Fe对两种典型染料—罗丹明B(RhB)和酸性橙7(AO7)的最佳吸附条件。结果表明,NH2-MIL-101-Fe的最佳用量为0.01 g,吸附时间2 h。采用拟一级和拟二级动力学方程对数据拟合,发现NH2-MIL-101-Fe对两种染料的吸附均符合拟二级动力学。NH2-MIL-101-Fe对AO7的吸附符合Langmuir和Freundlich模型,而NH2-MIL-101-Fe对RhB的吸附则符合Freundlich模型。NH2-MIL-101-Fe对AO7和RhB两种染料均有很好的吸附效果,其中对RhB的吸附效果更好,表明了MOFs材料在染料吸附方面的巨大潜能。(2)采用共沉淀法合成了Fe3O4@NH2-MIL-101-Fe,并利用XRD、FTIR、TEM对其结构进行表征,结果表明NH2-MIL-101-Fe成功地包覆于Fe3O4上,成功地合成了核壳结构的Fe3O4@NH2-MIL-101-Fe。对Fe3O4@NH2-MIL-101-Fe吸附铬酸盐进行研究,实验结果表明:Fe3O4@NH2-MIL-101-Fe的最佳用量为0.08 g,溶液最佳pH为5.67,Fe3O4@NH2-MIL-101-Fe对铬酸盐的吸附过程符合拟二级动力学,吸附等温线符合Freundlich模型。通过对共存离子的研究,发现Fe3O4@NH2-MIL-101-Fe对铬酸盐的吸附具有高效选择性,同时Fe3O4@NH2-MIL-101-Fe在吸附后可以通过外加磁场实现快速分离。(3)通过XRD、FTIR、SEM对合成的ZIF-8分析表征,结果说明成功的制备出了ZIF-8材料。对ZIF-8吸附对硝基苯酚(PNP)进行研究,实验结果表明:ZIF-8最佳用量为0.02 g,吸附时间为30 min,溶液最佳pH为6.50,ZIF-8对PNP的吸附过程符合拟二级动力学,吸附等温线符合Freundlich模型。通过对共存分子的探究,发现ZIF-8吸附PNP有高效选择性。同时考察了吸附-解吸循环对吸附效果的影响,表明ZIF-8具有良好的再生性和可重用性,说明MOFs在有机污染物吸附去除方面有着广阔的应用前景。
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