MIL-101和Zr-MOFs改性與煅燒材料的制備及其去除重金屬性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，中國(guó)面臨極其嚴(yán)峻的水體污染問題，特別是工業(yè)廢水中的鉛、汞以及銻導(dǎo)致的污染，嚴(yán)重危害著人體健康。金屬-有機(jī)骨架材料是一種新興的多孔材料，具有比表面積大、孔隙率高、結(jié)構(gòu)多樣、表面易修飾等特點(diǎn)，是一類潛在優(yōu)良的水處理吸附劑。本文通過氨基、巰基等官能團(tuán)對(duì)金屬-有機(jī)骨架材料MIL-101及Zr-MOF進(jìn)行改性，或?qū)⒏男院蟮腪r-MOFs材料通過高溫煅燒得到新型結(jié)構(gòu)的金屬氧化物，從而為吸附法處理水中重金屬方面提供了新思路，拓

2、寬了MOFs在處理重金屬方面的應(yīng)用。本文主要研究?jī)?nèi)容有：
　　1、首先通過水熱法一步合成具有大比表面積及不飽和金屬位點(diǎn)的MOFs材料MIL-101，然后采用后修飾的方法，通過嫁接不同量的乙二胺，將氨基官能團(tuán)引入到MIL-101上，得到一系列ED-MIL-101。通過XRD、FT-IR、SEM、TEM、XPS等表征方法證實(shí)成功合成含有氨基的ED-MIL-101。ED-MIL-101(5 mmol)對(duì)Pb(II)的最大吸附容量高達(dá)81

3、.09mg·g-1，吸附過程更符合Langmuir吸附等溫模型，為單層吸附。D-R等溫吸附模型表明ED-MIL-101對(duì)Pb(II)吸附的過程中化學(xué)吸附占主導(dǎo)作用。動(dòng)力學(xué)研究表明吸附過程只需30min達(dá)吸附平衡，更符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附模型。選擇性實(shí)驗(yàn)表明ED-MIL-101對(duì)Pb(II)有較高的選擇性和識(shí)別能力。此外，ED-MIL-101對(duì)實(shí)際廢水中Pb(II)的去除率高達(dá)97.22％，能有效去除實(shí)際廢水中Pb(II)。
　　2、

4、首先合成含有巰基官能團(tuán)的有機(jī)配體2,5-二巰基對(duì)苯二甲酸，再與ZrCl4在DMF溶劑下合成巰基功能化的Zr-MOFs(Zr-DMBD)。XRD和SEM表明Zr-DMB與UiO-66具有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，F(xiàn)T-IR證實(shí)Zr-DMBD表面含有大量的巰基官能團(tuán)。吸附實(shí)驗(yàn)表明Zr-DMBD對(duì)Cu(II)、Cd(II)、Pb(II)及Hg(II)的最大吸附容量分別為40.2mg·g-1、43.8mg·g-1、97.0mg·g-1和171.5mg·g

5、-1，遠(yuǎn)強(qiáng)于UiO-66的吸附能力，且吸附過程更符合Langmuir吸附等溫模型。D-R等溫吸附模型表明化學(xué)吸附在吸附過程中占主導(dǎo)作用。動(dòng)力學(xué)表明Zr-DMBD對(duì)重金屬吸附速率快，20min內(nèi)就達(dá)到了吸附平衡，更符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附模型。選擇性和重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)表明Zr-DMBD對(duì)Hg(II)有超強(qiáng)的識(shí)別能力和良好的再生性能。此外，Zr-DMBD對(duì)廢水中Cu(II)、Cd(II)、Pb(II)和Hg(II)的去除率可達(dá)99.45%，可處理H

6、g(II)的有效柱體積高達(dá)840BV，有望成為處理實(shí)際廢水中重金屬的良好吸附劑。
　　3、首先合成了一系列Zr-MOFs材料UiO-66、UiO-66-NH2及Zr-DMBD，然后通過不同高溫煅燒得到不同相態(tài)結(jié)構(gòu)的ZrO2材料，并用XRD、SEM、FT-IR等方法對(duì)材料進(jìn)行表征。吸附實(shí)驗(yàn)表明，在900℃條件下煅燒Zr-MOFs合成的ZrO2比其他溫度煅燒得到的ZrO2吸附Sb(III)能力更強(qiáng)。900℃煅燒UiO-66、UiO-6

7、6-NH2及Zr-DMBD合成的ZrO2對(duì)Sb(III)的最大吸附容量分別為46.32mg·g-1、54.29和72.10mg·g-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煅燒ZrO(OH)2得到的ZrO2。吸附過程更符合Langmuir吸附等溫模型，屬于單層吸附。D-R等溫吸附模型表明吸附Sb(III)過程主要為化學(xué)吸附。動(dòng)力學(xué)吸附研究表明Sb(III)在前20min內(nèi)吸附速率比較快，吸附平衡時(shí)間為60min，吸附過程中速率主要受化學(xué)吸附作用影響，符合擬二級(jí)動(dòng)力