基于吡啶羧酸配体MOFs的制备及性能研究

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金属有机框架材料(MOFs)在近年来发展十分迅速,因为其多孔性、大的比表面积以及所含的不饱和金属位点,使其在气体储存、环境治理、工业催化等方面具有潜在的应用前景。由于吡啶羧酸类化合物含有羧基官能团和氮杂环,可以与不同的金属离子组装成结构各异的MOFs材料,近年来也得到了多方面关注。(1)本论文利用过渡金属盐和吡啶羧酸配体按照摩尔比1:1,在160℃水热条件下,合成五种金属有机骨架材料[Mn2(μ-H2O)(4,3-pybz)4]n(1),[Co2(μ-H2O)(4,3-pybz)4]n(2),[Cu2(μ-H2O)(4,3-pybz)4]n(3),[Zn(IN)2·2H2O]n(4),[Cd2(μ-H2O)(4,3-pybz)4]n(5)。通过FT-IR、XRD、TG、SEM、BET、荧光光谱、紫外可见吸收光谱等手段对配合物进行了表征以及性能研究。(2)选取罗丹明B(Rh.B)、碱性品红(F.B.)、亚甲基蓝(M.B.)三种阳离子染料,并配合阴离子染料甲基橙(M.O.)作为参照,利用金属有机框架材料(1)-(5)对其进行了吸附性能的测试实验。实验结果表明,5种配合物均表现出良好的阳离子染料吸附特性,但对阴离子型染料却几乎没有吸附性(但不为零)。我们对吸附机理进行了初步的推测,这可能是由于配合物具有较好的比表面积,样品表面容易携带更多的负电荷,从而对阳离子型染料表现出更好的吸附性,说明此类配合物对染料分子的吸附可能与静电作用有关,而对阴离子染料的少量吸附则是因为其本身所带有的多孔道特性。(3)选取了Pb2+、Fe3+、Cu2+、Mn2+、Cd2+、Zn2+、[Pb(NO32、Fe(NO33·9H2O、CuCl2、Mn(AC)2·4H2O、Cd(NO32·4H2O、Zn(SO42·7H2O]等6种金属离子溶液模拟污水,对金属有机框架材料MOFs(1)-(5)的重金属离子吸附性能进行了测试,实验结果表明,5种配合物对这几种金属离子都表现出了一定的吸附能力,其中Co-MOF2和Cd-MOF 5对Fe3+表现出了良好的吸附性能,在实验条件下吸附效果分别达到了86.95%和89.83%,我们猜测这可能是由于相比较其他金属离子,Fe3+带有更高的正电价态,与携带大量负电荷的MOFs发生静电作用。(4)选取了Ce3+、Pb2+、Tb3+、Sr2+、Ca2+、Sm3+、Na+、Eu3+、Cd2+、K+、Co2+、Bi2+、Mg2+、Ni2+、Cu2+、Ag+、Zn2+、Fe3+等18种金属离子水溶液,测试了Co-MOF2和Cd-MOF 5对其荧光作用,又选取了石油醚、正丁醇、苯、DMF、乙酸乙酯、环己烷、甲醇、三氯甲烷、甲醛、乙酸、二甲基亚砜、异丙醇、正己烷、N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮等15种有机溶剂,以及S2-、HPO42-、C2O42-、Cl-、SO42-、PO43-、CH3COO-、I-、Br-、CO32-、SCN-、ClO4-、H2PO4-、NO3-、Cr2O72-等15种阴离子,然后测试了Cd-MOF 5对他们的选择性荧光及灵敏性荧光性能。实验结果表明,Co-MOF 2对Fe3+表现出了一定的荧光降低效果,而Cd-MOF 5分别对丙酮、Cr2O72-、Fe3+表现出明显的选择性荧光猝灭响应,在监测污水中特定的有机污染物、重金属离子以及有毒阴离子具有一定应用潜力。
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