纳米纤维负载高吸附金属有机骨架物的研究

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染料在纺织、造纸等行业广泛应用,会产生大量的染料废水。如果不经处理直接排放就会破坏生态环境,甚至威胁人类健康。因此,研究一种对染料具有很好吸附性和选择性的新型材料是很有必要的。金属有机骨架(MOFs)具备比表面积大、结构和功能多样性以及多孔性等特点,将其应用于废水处理有广阔的前景。本文将MOFs负载于聚乙烯醇-聚乙烯共聚物(PVA-co-PE)纳米纤维水凝胶中,制备出一种环保的并且具有选择性的高效吸附剂。本课题采用了溶剂热法,以均苯三甲酸和三水合硝酸铜为原料,探究了HKUST-1晶体制备条件对晶体形貌和孔隙结构的影响。通过SEM、XRD、ATR等测试手段对晶体进行表征,从而得出最佳制备方案。接着,考察了在不同吸附条件下:染料溶液初始p H值、吸附时间及亚甲基蓝初始浓度,HKUST-1晶体对亚甲基蓝染料吸附性能的影响。并进一步确定了吸附等温线模型和吸附动力学方程,探究其吸附机理以及晶体对不同类型染料的吸附性能。以PVA-co-PE纳米纤维、聚乙烯醇以及HKUST-1晶体为原料,制备纳米纤维水凝胶和纳米纤维/HKUST-1复合水凝胶。研究了PVA-co-PE纳米纤维与聚乙烯醇的投料比对水凝胶吸附亚甲基蓝的吸附性能的影响,确定了制备水凝胶的最佳条件。在此基础上,研究了染料初始浓度、吸附时间等吸附条件对纳米纤维/hkust-1水凝胶吸附亚甲基蓝的吸附效果的影响,并确定动力学和吸附等温线模型以及纳米纤维/hkust-1水凝胶对不同类型染料的吸附性能。本课题首先探究了金属有机骨架hkust-1晶体的制备方案。实验结果表明,合成温度为120℃、合成时间为12h、金属离子与有机配体的摩尔比为1.5:1时,得到的晶体为完整的正八面体。然后,将其用于亚甲基蓝吸附,实验结果表明,吸附剂含量为0.02g、亚甲基蓝的初始浓度为600mg/l、ph值为2时,吸附量可以达到486.78mg/g。且晶体对亚甲基蓝的吸附符合langmuir吸附等温模型,同时吸附过程符合准二级动力学模型。其次,本课题进一步探讨了纳米纤维水凝胶的最佳制备条件对吸附性能的影响。得出当pva-co-pe纳米纤维与聚乙烯醇的溶液质量比为1:8时,制备出的纳米纤维水凝胶对亚甲基蓝染料的吸附效果最好,并且掺入了0.02ghkust-1晶体的纳米纤维/hkust-1水凝胶对亚甲基蓝的吸附量和脱色率比未加hkust-1晶体的纳米纤维水凝胶更高。将此纳米纤维/hkust-1水凝胶用于吸附亚甲基蓝,得出当亚甲基蓝的初始浓度为600mg/l、ph值为2、吸附剂含量为0.1g时,吸附量可以达到107.93mg/g。将实验结果采用吸附等温线和动力学模型进行模拟,吸附等温线符合langmuir吸附等温模型,动力学拟合结果显示符合准二级动力学模型。最后,本课题研究了对不同类型染料的吸附,实验结果表明,HKUST-1晶体和纳米纤维/HKUST-1水凝胶作为吸附剂时,对罗丹明B、甲基紫等阳离子类型染料的吸附效果很好,但是对活性红、活性黄、雅格赛特翠蓝N-2G等阴离子类型染料的吸附量较低。
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