納米孔洞金屬-有機(jī)骨架的選擇性吸附與催化性質(zhì)研究.pdf

1、目前，納米孔洞金屬-有機(jī)骨架(MOFs)材料在異相催化，選擇性吸附、氣體分離與存儲(chǔ)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等方面展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。近年來(lái)有關(guān)納米孔洞金屬-有機(jī)骨架材料應(yīng)用開(kāi)發(fā)的文章大量被報(bào)道，但將其應(yīng)用在工業(yè)染料處理方面的研究還比較少。本論文將納米孔洞金屬-有機(jī)骨架材料的吸附和催化性質(zhì)用于有機(jī)染料污染物的催化降解，經(jīng)吸附和催化降解產(chǎn)物無(wú)污染。傳統(tǒng)的去除工業(yè)染料的方法通常治標(biāo)不治本，它們只能將這些有機(jī)物質(zhì)從污水中轉(zhuǎn)移到另外一種物種中，容易引

2、起二次污染。而使用納米孔洞金屬-有機(jī)骨架材料對(duì)有機(jī)染料的去除具有徹底性。因此，使用納米孔洞金屬-有機(jī)骨架處理工業(yè)有機(jī)染料污染明顯的優(yōu)越性。
　　 本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1、研究了MIL-53(M)(M=A1，Cr,Fe)在不同溶劑里對(duì)甲基橙(MO)的吸附性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中考察了不同溶劑對(duì)MIL-53(M)對(duì)MO吸附量的影響，同時(shí)考察了和MIL-53(Fe)結(jié)構(gòu)相似的MIL-53(M)(M=Al，Cr)對(duì)MO吸附

3、的影響，對(duì)比了不同溶劑對(duì)MIL-53(M)(M=A1，Cr)吸附MO吸附量的影響。研究發(fā)現(xiàn)，該吸附過(guò)程遵循二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，基于所建立的二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算出了吸附動(dòng)力學(xué)反應(yīng)常數(shù)k、相關(guān)系數(shù)R和平衡吸附量qe。通過(guò)對(duì)比不同溶劑中MIL-53吸附甲基橙的影響發(fā)現(xiàn)：MIL-53不僅在吸附、分離方面有著巨大的應(yīng)用價(jià)值，在選擇性催化方面也有著巨大的潛在價(jià)值。
　　 2、以納米孔洞金屬-有機(jī)骨架材料[M3(BTC)2(H2O)x]n(M=C

4、uⅡ，CoⅡ，NiⅡ，BTC=均苯三酸)為催化劑，以過(guò)氧化氫為氧化劑，在超聲條件下，降解工業(yè)染料亞甲基藍(lán)(MB)，并對(duì)其超聲降解機(jī)理進(jìn)行研究；以具有介孔尺寸的納米孔洞金屬-有機(jī)骨架材料[M3(BTC)2(H2O)x]n(M=CuⅡ，CoⅡ，NiⅡ)為催化劑，過(guò)氧化氫為氧化劑，研究其超聲降解亞甲基藍(lán)的動(dòng)力學(xué)行為，考察了具有不同孔洞尺寸的金屬-有機(jī)骨架催化劑、氧化劑過(guò)氧化氫濃度、超聲功率、染料濃度對(duì)超聲降解亞甲基藍(lán)的影響，研究結(jié)果表明，該超

5、聲降解反應(yīng)遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，隨著氧化劑過(guò)氧化氫濃度的增加以及超聲功率的提高，該準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)k也會(huì)隨之增大。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論了超聲降解MB的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理，建立了超聲降解的動(dòng)力學(xué)模型?；谒⒌膭?dòng)力學(xué)模型和準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)k，計(jì)算出了超聲降解MB的表觀一級(jí)速率常數(shù)K。
　　 3、考察了MIL-53(M)(M=Al，Cr,Fe)光催化降解染料亞甲基藍(lán)(MB)的光催化性質(zhì)。MOFsMIL-53是堅(jiān)實(shí)的三維多孔結(jié)構(gòu)，這種多

6、孔結(jié)構(gòu)是由無(wú)數(shù)的無(wú)機(jī)鏈組成，孔的節(jié)點(diǎn)是以金屬M(fèi)=Al，Cr,Fe，Ga,In，V為中心，對(duì)苯二甲酸做配體的八面體結(jié)構(gòu)。就像TiO2半導(dǎo)體，它的導(dǎo)帶是由空的3d軌道組成，而MOFs包含的過(guò)渡金屬作為結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)形成半導(dǎo)體，因此，空的金屬d軌道與有機(jī)配體的LUMOs雜化進(jìn)而形成導(dǎo)帶。因此，MOFs是也是一種活潑的光催化劑。目前，MIL-53是在分離氣體，如CO2，CH4，H2S和多數(shù)有機(jī)物質(zhì)等方面是一個(gè)很有價(jià)值的材料。然而，目前并沒(méi)有MIL-5

7、3在光催化性能方面的報(bào)道。最近，我們發(fā)現(xiàn)MIL-53(Fe)在紫外-可見(jiàn)和可見(jiàn)光源下，降解MB染料有著很好的光催化性質(zhì)。溶液中電子吸收劑的引入對(duì)MIL-53(Fe)光催化降解MB有很大的影響。據(jù)我們所知，不同電子吸收劑和MIL-53(Fe)的協(xié)同大大提高了有機(jī)污染物的降解速率，目前還沒(méi)有這方面的文獻(xiàn)報(bào)道。同時(shí)，對(duì)與MIL-53(Fe)結(jié)構(gòu)相似的MIL-53(Al)和MIL-53(Cr)的光催化活性也做了研究，考察了結(jié)構(gòu)相似，中心金屬離子