功能化MIL-101類、UIO-66類MOFs的制備及其對水體中染料、汞和砷的吸附性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的迅速推進(jìn)，中國正面臨著極為嚴(yán)峻的水污染問題。特別是印染廢水以及工業(yè)廢水中重金屬的污染。中國每年有大量未完全處理的印染廢水排放進(jìn)入地表水中，對水體造成極其嚴(yán)重的污染。另一方面，工業(yè)廢水中難處理的重金屬離子排放量也日益增多，特別是汞以及砷導(dǎo)致的水污染，嚴(yán)重危害人體健康。金屬有機(jī)骨架材料是近十年來，新興的一種多孔材料，有望成為良好的吸附劑材料。本文試圖通過改變金屬有機(jī)骨架材料的孔結(jié)構(gòu)或?qū)ζ溥M(jìn)行修飾，從而為吸附法在處理印染廢水以

2、及重金屬離子污染時(shí)提供新思路或使得遇到的問題得以解決，并希望能在一定程度上擴(kuò)展金屬有機(jī)骨架材料在吸附處理水中污染物的應(yīng)用。本文主要研究內(nèi)容有：
　　1、本文通過改變礦化劑的種類、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）的投加量等合成條件，成功合成了七種分層介孔結(jié)構(gòu)MIL-101。通過XRD、SEM、BET等手段對這七種材料進(jìn)行表征。分層介孔結(jié)構(gòu) MIL-101吸附水中亞甲基藍(lán)和甲基橙的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：HF或NaAc作為礦化劑，合成的MIL-

3、101結(jié)構(gòu)不變，其骨架所帶的電荷則發(fā)生變化，致使其對染料的吸附效果有所不同。以HF為礦化劑合成的MIL-101有利于甲基橙的吸附，而以NaAc為礦化劑合成的MIL-101有利于亞甲基藍(lán)的吸附。此外，隨著CTAB的量增加，材料的比表面逐漸降低，并且材料中介孔以及大孔所占的孔體積增大。這在一定程度上有利于其對亞甲基藍(lán)的吸附，不利于甲基橙的吸附。分層介孔結(jié)構(gòu)MIL-101對染料的吸附過程更符合Langmuir模型，屬于單層吸附。通過D-R模式

4、對實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，染料吸附過程為物理吸附。動(dòng)力學(xué)研究表明其對染料的吸附過程更符合擬二級動(dòng)力學(xué)吸附模型。吸附熱力學(xué)研究表明染料吸附過程為吸熱過程。
　　2、本文采用后修飾的方法成功制備了胸腺嘧啶功能化的MIL-101。通過XRD、SEM、FT-IR、NMR、TG等表征方法證明MIL-101-Thymine的成功合成。Hg(II)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：MIL-101-Thymine對Hg(II)的最大吸附容量高達(dá)51.75 m

5、g/g。MIL-101-Thymine對Hg(II)的吸附機(jī)理為修飾在MIL-101-Thymine的胸腺嘧啶基團(tuán)上的 N原子與Hg(II)配位，形成 Thymine-Hg-Thymine結(jié)構(gòu)。同時(shí) MIL-101-Thymine對Hg(II)的吸附過程更符合Langmuir吸附等溫模型。MIL-101-Thymine對Hg(II)的吸附過程更符合擬二級動(dòng)力學(xué)吸附模型。汞離子的吸附過程也符合顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型，內(nèi)擴(kuò)散為速率控制步驟。MIL-

6、101-Thymine對Hg(II)的吸附受pH值影響較大。吸附溶液的最佳pH范圍為4-6。MIL-101-Thymine對Hg(II)的吸附具有較高的選擇性以及識別能力，其對 Hg(II)吸附相對于 Ni(II)的選擇性系數(shù)高達(dá)684.29。與此同時(shí)，MIL-101-Thymine用于實(shí)際廢水中Hg的吸附處理也有很好的效果，有望成為實(shí)際廢水處理的性能良好吸附劑。
　　3、本文采用溶劑熱法一步合成UIO-66和UIO-66-NH2

7、。通過XRD、BET、IR、Zeta電位等表征手段方法對合成的吸附劑物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行描述。結(jié)果表明UIO-66、UIO-66-NH2對As(III)的吸附過程更符合Freundlich模型，吸附過程為非均相吸附過程。但UIO-66、UIO-66-NH2對As(V)的吸附過程更符合Langmuir模型，吸附過程屬于單層吸附。同時(shí)兩種材料吸附As(III)能力遠(yuǎn)大于其對As(V)的吸附能力。令人驚奇的是UIO-66具有較高的As(III)吸