Cu-MOF功能化PP/纤维素水刺非织造材料的制备及其性能研究

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金属有机框架材料(Metal organic frameworks,MOFs)是一种由金属离子或团簇同有机配体通过自组装配位形成的多孔材料。MOFs的比表面积和孔隙率极高,具有较强的吸附效果和良好的催化作用,在印染废水处理领域具有良好的应用前景。然而,MOFs通常是粉末状的,在液体中回收需要通过离心等步骤,操作复杂,限制了它在实际中的应用。较为理想的解决方法是将MOFs负载到基底材料上,形成复合材料使用。水刺非织造材料具有优良的力学性能和高吸湿性,是较为理想的基底材料。但是它的功能单一,使得它的附加值不高。可以通过将MOFs负载到水刺非织造材料表面,制备出具有染料废水处理功能的复合材料,扩宽其使用的范围。本文首先用1,2-二溴乙烷修饰4,4-联吡啶配体,再加入醋酸铜作为金属离子源,采用溶剂热法制备出一种新型的铜基金属有机框架材料(Cu-MOF),然后对其进行了形貌结构的表征和染料吸附降解性能的测试。结果表明,这种CuMOF材料具有由片晶堆积出独特的花朵状结构,孔径较大,晶型具有缺陷;对于水溶液中不同种类染料的去除效果不同,对酸性染料的去除能力更强,而对碱性的较弱;在不同浓度范围的酸性橙7溶液,Cu-MOF材料均保持了较好的去除能力,在40分钟内对所研究的水溶液中的染料去除率均达到90%以上;此外,该Cu-MOF材料在经过五次酸性橙7溶液循环去除使用后,其染料去除率仍保持在80%以上。其次,通过原位生长法将Cu-MOF负载到了由聚丙烯(PP)和纤维素纤维组成的双层水刺非织造材料上。为了增强Cu2+的表面吸附能力,先对PP/纤维素非织造材料的纤维素层表面进行羧甲基化改性;然后再通过溶剂热一步让CuMOF在其表面上原位生长,制得了Cu-MOF@PP/纤维素复合水刺非织造材料,然后对其进行了结构和性能表征,并对其染料去除性能测试。可以得出,Cu-MOF仍旧呈现独特的花朵状结构,成功地负载在复合非织造材料中的纤维素层表面上。负载后,复合材料的拉伸强度断裂伸长率略有下降,拉伸模量基本没有变化。复合材料对于低浓度水溶液中的酸性橙7表现出较好的去除效果,不同含量双氧水的添加会影响其对染料的去除效果,在双氧水添加量为15μL时染料去除效果最佳,经过五次循环使用后,染料去除率为61%,说明其重复利用能力有限。在此基础上,在Cu-MOF中引入了六水合三氯化铁,制备出了Fe/Cu-MOF材料,然后,仍旧通过原位生长法将其负载在PP/纤维素水刺非织造材料的纤维素层表面上。结果表明,Fe3+的引入,使原有Cu-MOF的形貌由花朵状变为棒状晶体。Fe/Cu-MOF负载在复合非织造材料的纤维素表面后,复合材料的力学性能变化不明显。Fe和Cu双金属体系的形成,使得Fe/Cu-MOF表现出较明显的催化效果,这提高了其对于不同染料的降解速率。重复循环使用测试表明,Fe/CuMOF@PP/纤维素水刺非织造材料在五次循环后,染料的去除率为75%。
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