基于金属-有机骨架材料Cu-BTC吸有机污染物性能研究

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由于经济的快速发展和工业生产的不断扩大,人类生产和生活也发生了巨大变化,与此同时,也造成了严重的全球环境污染。近年来我国的一些水域不断遭到不同程度的污染,特别是有机污染物污染问题日益严重。有机污染物很容易在水和土壤等自然环境介质中持续积累,并最终通过食物链进入生物体内,对生物体产生不可逆的改变,诱导细胞癌变,危害人类的生命健康。近年来,随着环保意识的不断加强,有机污染物的治理已是刻不容缓。  目前,各种新材料层出不穷,这些新材料在国民经济的各个领域都占据了十分重要的位置,特别是纳米材料,由于其具有很多奇异的特性,在多个方面展现了优异的性能与应用。近几年,金属-有机骨架材料成为新材料领域的研究热点。本文以金属-有机骨架材料(Cu-BTC)作为主要研究对象,探讨了其对有机污染物的吸附性能。本论文主要研究了以下三个内容:  (1)采用简单的溶剂热合成法,利用均苯三甲酸为配体,三水合硝酸铜提供金属离子,N,N-二甲基甲酰胺和乙醇为溶剂,成功制备了金属-有机骨架材料(Cu-BTC)。并系统的研究了Cu-BTC材料对阳离子染料亚甲基蓝(MB)染料溶液的吸附性能。研究表明:吸附剂最佳用量为5 mg;溶液的pH值为7时吸附量最大;等温吸附的研究说明了吸附平衡数据符合Langmuir等温模型;吸附的动力学过程符合准二级动力学方程;吸附反应为自发的放热过程。  (2)以Cu-BTC材料为吸附剂,研究了其对2,6-二氯苯酚(2,6-DCP)的吸附性质。研究结果表明:溶液的pH为6时吸附量最大;等温吸附结果表明Freundlich等温模型能很好的拟合Cu-BTC的吸附平衡数据;Cu-BTC的吸附动力学性质可用准二级动力学方程描述;在温度为298 K时,吸附量达到56.13mg/g。负的吉布斯自由能变值,负的熵变值和焓变值说明该吸附过程是一个自发、放热和熵减小的过程;选择性实验表明:在单组分和双组分溶液中Cu-BTC对2,6-二氯苯酚均有较理想的吸附选择性;Cu-BTC再生性能良好。  (3)制备了金属有机-骨架复合材料Cu-BTC/氧化石墨(GO)复合材料,并把其应用于吸附碱性藏红T(ST)染料溶液。研究表明:溶液pH为6时吸附量最大。等温吸附结果表明:吸附剂对ST吸附符合Langmuir等温模型;吸附动力学研究表明:Cu-BTC/GO的吸附行为符合准二级动力学方程;吸附剂经吸附后用乙醇洗脱后可以进行重复利用。新型金属-有机骨架材料(Cu-BTC/GO)对碱性藏红T(ST)染料废水的处理具有潜在的应用价值。
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