【摘 要】
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随着现代工业化的高速发展,许多的有害物质排放到水中对环境造成了极大的危害。到目前为止,已经开发了大量去除水中污染物的方法,其中,吸附法因其简单高效的特点是一种最具应用前景的方法。金属-有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)是一类高孔洞晶体配位聚合物,由金属节点和有机连接体通过配位键构建而成。MOFs具有孔隙可调、化学稳定性好、具有丰富官能团等特点已经广泛用于水中污染
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随着现代工业化的高速发展,许多的有害物质排放到水中对环境造成了极大的危害。到目前为止,已经开发了大量去除水中污染物的方法,其中,吸附法因其简单高效的特点是一种最具应用前景的方法。金属-有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)是一类高孔洞晶体配位聚合物,由金属节点和有机连接体通过配位键构建而成。MOFs具有孔隙可调、化学稳定性好、具有丰富官能团等特点已经广泛用于水中污染物的去除。四面体咪唑框架(Tetrahedral imidazole frameworks,TIFs)是MOFs的一个成员,通常由具有不同取代基的单一或混合咪唑配体连接Zn或Co中心组成的四面体配合物。通过合理选择TIFs结构并对其配体进行修饰,TIFs可作为水中污染物的有效吸附剂。然而,与大多数的MOFs一样,TIFs的粉体特性限制了其实际应用,不利于分离和回收,还会造成管道堵塞和环境污染。为了发展TIFs在吸附和分离领域的潜在应用,有必要开发新的策略将TIFs转化为整体材料。高分子聚合物具有低成本、良好的吸附性能等特点,是制备MOF基复合材料的良好选择。因此本文选择了壳聚糖、三聚氰胺海绵、醋酸纤维素作为基底材料,与TIF-A1进行复合,制备整体材料,并探究了其在重金属离子吸附、染料吸附和油水分离领域的性能。1、壳聚糖基质中TIF-A1的封闭生长对微量铅的吸附首先采用二次生长的方法,将TIF-A1限域生长在壳聚糖基质中并制成复合气凝胶小球。所得到的气凝胶小球提高了TIF-A1在吸附实验中的稳定性,并且对再生水中的痕量铅具有高的去除效率,去除后的铅含量仅有0.5 ppb,符合国际饮用水标准。这部分工作表明制备的TIF-A1/壳聚糖复合小球可作为再生水中痕量铅的有效去除剂。2、TIF-A1穿刺生长在三聚氰胺海绵上对水中铜离子的去除首先采用二次生长法成功地将TIF-A1穿刺生长在三聚氰胺海绵纤维上,获得复合海绵用于Cu(II)去除。该方法使得TIF-A1均匀分布在三聚氰胺纤维上提高了吸附能力,而且TIF-A1晶体在吸附实验中不易脱落,所以在7次循环后依然保持很好的去除效率。根据吸附等温线拟合,其最大吸附量可达624.2 mg·g-1。此外,TIF-A1/三聚氰胺复合海绵对水中低浓度Cu(II)的去除率达99%。经过处理,去除铜离子后的水样符合国际饮用水标准。本工作为MOF基整体吸附剂的制备提供了一条有效的途径,并且可将其用于饮用水处理领域。3、用于处理水中污染物的多功能MOF复合膜含油废水通常含有重金属离子和有机染料。在这项研究中,通过原位生长TIF-A1/醋酸纤维素膜,在进行油水分离的同时还可以吸附重金属离子和有机染料,实现多重角度的水净化处理。该膜在空气中表现出超亲水性和超亲油性,使膜能够有效分离各种水包油乳液。TIF-A1强大的吸附能力使该膜能够在短时间内吸附各种重金属离子以及有机染料,分离效率达到95%以上。此外,该膜表现出优异的可回收性,在处理复杂的水中污染物时有很好的应用前景。
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