金属有机骨架材料衍生物活化过一硫酸氢钾降解水体中污染物

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目前,已有关于MOFs衍生物作为催化剂活化过一硫酸氢钾(PMS)产生硫酸根自由基(SO4·-)降解水体中污染物的研究,但关于MOFs模板与其衍生物活化PMS效果间关系的研究却鲜有报道。此外,相关研究大多集中于以钴基金属有机骨架材料(Co-MOF)衍生含钴氧化物,而组成MOF的金属离子种类繁多,故有很大的研究空间。本研究使用钴离子(Co2+)与不同的有机配体分别合成了具有二维结构、三维微米棒状结构和三维纳米十二面体结构的钴基金属有机骨架材料(Co-MOF)。然后,以这些MOFs材料为前驱体制备Co3O4用于活化PMS降解染料罗丹明B(RhB)。研究结果表明,MOF模板的形貌、结构会对Co3O4纳米产物的形成有显著影响,进而对其活化PMS降解RhB的催化能力产生间接影响。在产物中,具有三维十二面体结构的纳米尺寸MOF材料ZIF-67模板所衍生的Co3O4纳米球,可最为有效地活化PMS降解RhB。在中性条件下,当催化剂浓度为50 mg L-1,PMS浓度为1.0 mM时,体系对RhB(0.1 mM)的降解符合准一级动力学且反应速率常数(k)为0.0509 min-1。本文还对催化剂进行了一系列实验影响因素(如p H值、催化剂及PMS用量)的研究。低Co2+溶出量(pH=3时为0.04 mgL-1;p H=7时为小于0.01 mgL-1)和良好的循环利用性(在pH=7和pH=3的条件下分别循环使用5遍后,RhB降解率分别接近96%,89%)进一步证明了ZIF-67衍生Co3O4是一个很有前途的PMS催化剂。此外,本文还以一种Cu-MOF(HKUST-1)为模板经不同温度的热处理制备铜氧化物,研究了处理温度对产物组成及形貌的影响,并通过产物在一系列条件下活化PMS降解水体中的Rh B、OG、AO7的实验评估了其催化性能。XRD和SEM表征结果,说明了随着热处理温度的升高,衍生产物由Cu2O/Cu O混合物逐渐转化为纯相CuO,且模板HKUST-1的原有正八面体结构坍塌加剧。RhB降解试验的结果表明,催化剂对PMS的活化性能随热处理温度的升高和加强。在中性pH条件下,当PMS投加量为1.0 m M,Cu O-650用量为0.2 gL-1时,反应进行90 min基本可实现浓度为0.1 mM的RhB的完全降解。此外,CuO-650还具有pH适用范围较广,铜离子溶出量较低(pH=3条件下为1.309 mg L-1,pH=7条件下为0.987 mg L-1),循环稳定性较佳的特点,进一步证明了CuO-650是一种很有前途的催化剂。最后研究了一系列阴离子对于CuO-650/oxone体系降解RhB的影响。
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