高效去除水体中有机污染物对生态和环境均具有重要意义,并也已成为一个炙手可热的研究主题。吸附、化学氧化和生物处理法等一些传统的水处理方法往往运行成本较高,甚至会产生二次污染。而基于Ti O2、Zn O、Fe2O3、Cd S、Ga P和Zn S等半导体光催化剂的光催化技术能够将废水中大部分有机污染物降解成成生物可处理的形式或降解成毒性较小的有机化合物,有的甚至可以将有机物分解成CO2、H2O、NO3-、PO43-和卤素离子等小分子。然而,这些半导体材料却往往具有难以后期分离、易团聚、光转化利用效率低等缺点,限制了其应用范围。因此,探究新的高效催化剂是光催化技术的研究热点和难点。金属-有机骨架(Metal-Organic Frameworks,简称为MOFs)是一类由金属离子作为模板和有机配体作为连接件结合而成的多孔材料,由于其在催化和分离等领域有着广泛的应用,因此在过去的二十年中MOFs得到了突飞猛进的发展。最新研究表明这些材料作为光催化剂在光催化降解有机污染物方面表现出了很高的效率。本文采用晶体工程学原理,基于光催化降解有机污染物这一具体应用要求,合成或验证新型MOFs用于光催化降解有机污染物,并对光催化反应过程的影响因素、反应机理、反应途径等进行了深入研究。本论文的主要研究内容如下:1.ZIF-8[Zn(Me IM)2·2H2O](H-Me IM=2-甲基咪唑)是一种具有较高热稳定性和化学稳定性的MOFs,在可持续能源和环境修复领域具有广阔应用前景。本课题基于光催化降解废水中有机污染物这一目标,利用电化学法高效合成ZIF-8,分别用粉末X-射线衍射(PXRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)和BET技术等进行表征。之后选用亚甲基蓝(MB)作为降解靶物,研究了ZIF-8光催化降解MB的影响因素、动力学参数、反应机理、反应途径及ZIF-8的稳定性。结果表明ZIF-8对MB具较高的光催化活性,且降解过程遵循伪一级动力学模型;ZIF-8在p H=6.0-12.0的范围内均能显示较高的光催化活性,且强碱环境更有利于充分发挥其光催化活性;通过荧光法发现ZIF-8光催化反应过程中有大量·OH产生,表明·OH是进行光催化降解MB的主要活性物质;基于串联四极杆飞行时间质谱仪提供的数据,提出HOMO-LUMO更能解释其光催化机理。同时ZIF-8将MB降解能有利于生物降解的小分子有机物,从污水处理的角度来讲有利于后续的生物处理及能源回收,而且有利于减少温室气体CO2的排放量。2.采用水热法成功合成一种具有光催化性能的锰系MOF晶体(简称Mn-MOF-1)。通过单晶X射线衍射数据可知,1,10-菲啰啉作为螯合配体与锰离子配位,而去质子化的3,3’,4,4’-联苯四羧酸作为双齿配体将锰离子链接成锯齿状的Mn(phen)2(Hbptc)一维链,相邻的Mn(phen)2(Hbptc)一维链通过丰富的氢键形成三维的框架结构。将紫外-可见漫反射数据进行Kubelka-Munk转换,可知Mn-MOF-1的光学能隙为3.3e V。通过元素分析和红外光谱分析可知Mn-MOF-1样品纯净无杂质。在光催化光催化性能实验中,通过改变甲基橙(MO)溶液的浓度、Mn-MOF-1的投加量和溶液溶液的p H,研究了不同条件对光催化反应的影响。研究发现,当MO溶液为10 mg/L、p H=5.7、Mn-MOF-1投加量为250 mg/L时,该Mn-MOF-1光催化降解甲基橙溶液的效果最佳(20 min时去除率即可达到95%)。为验证其光催化效率,选择市售Ti O2(P-25)与Mn-MOF-1进行对比,结果表明该MOF光催化降解甲基橙的效果可与Ti O2相媲美。因此,Mn-MOF-1是一种良好的光催化材料。3.利用水热法合成了一种镉系MOF晶体(简称Cd-MOF-1)。通过X-射线单晶衍射分析可知,Cd-MOF-1的单元结构[Cd(phen)3(H3bptc)2]中包含离散的阳离子型[Cd(phen)3]2+和H3bptc-离子,然后这些单元结构在氢键和静电作用下形成三维的框架结构。通过元素分析和红外光谱分析可知Cd-MOF-1样品纯净无杂质。通过热重分析实验可知,Cd-MOF-1的骨架热在250℃以下是稳定的。将紫外-可见漫反射数据进行Kubelka-Munk转换,可知Mn-MOF-1的光学能隙为3.4e V。选取苯酚为降解靶物探究了Cd-MOF-1在紫外光下的光催化性能,并研究了苯酚初始浓度及Cd-MOF-1用量等因素的影响。结果表明,在紫外光条件下,选取苯酚溶液初始浓度为50 mg/L、Cd-MOF-1用量为50mg/200 m L时,苯酚的去除率可达到70%左右,与Ti O2的光催化效能相当。因此,该Cd-MOF-1可以作为一种高效的光催化剂来降解有机污染物。