基于金属有机框架的贵金属纳米复合材料对有机染料降解的性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:excalibur
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本论文的主要研究工作是以金属有机框架(MOF)为基体与贵金属纳米颗粒自组装构筑新型纳米杂化材料,并探讨了其性能。首先制备了ZIF-8,再分别制备了以Co-ZIF-8和Mn-ZIF-8为基体衍生的Co-N-C和Mn-N-C的MOF载体,再以二乙烯三胺(DETA)为偶联剂将功能性的贵金属纳米颗粒(Au)自组装负载于MOF基体衍生的Co-ZIF-8和Mn-ZIF-8载体,获得了Au@Co-N-C和Au@Mn-N-C纳米复合材料。并对所得的杂化材料进行了详细的结构表征,并探讨了这类新型纳米杂化材料在染料降解方面的催化性能。具体研究工作如下:(1)以2-甲基咪唑与Zn(NO32为前驱体合成了典型方钠石结构沸石咪唑酯的金属有机框架ZIF-8。采用SEM、XRD及FT-IR对其结构和形貌进行表征。结果表明,ZIF-8具有良好的分散性、粒度均一性和十二面体轮廓的规整性。(2)以Co(NO32、Zn(NO32和2-甲基咪唑为前驱体合成Co掺杂的ZIF-8载体。以HAuCl4为金源,再以二乙烯三胺(DETA)作为偶联连接剂,将Au NPs(金纳米颗粒)通过原位生长负载在Co-ZIF-8载体上。在氩气氛围下将Au@Co-ZIF-8纳米复合材料在900℃下高温煅烧得到Au@Co-N-C纳米复合材料。采用SEM、TEM、XRD及XPS对其结构和形貌进行表征。结果表明,Au纳米颗粒负载到了Co-N-C的有机金属框架上并且具有较好的分散性,此外Co-N-C还保留了Co-ZIF-8的十二面体形貌。探讨了Au@Co-N-C纳米杂化材料在水溶液中对亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)、罗丹明B(RhB)及对硝基苯酚(4-NP)的催化降解活性。结果表明,Au@Co-N-C纳米杂化材料对甲基橙和亚甲基蓝具有良好的催化活性并探讨了对甲基橙和亚甲基蓝催化降解的动力学分析,其对这四种染料的降解效果为MO>MB>4-NP>RhB而且对甲基橙和亚甲基蓝催化降解遵循一阶线性关系。此外还评估了Au@Co-N-C的稳定性与重复使用性,结果表明,该催化剂经过9次循环重复使用仍然对MO和MB具有良好的催化活性。(3)以Mn2(CH3COO)3(醋酸锰)、Zn(NO32和2-甲基咪唑为原料,采用蒸汽辅助转化法与化学掺杂法得到Mn-ZIF-8,先后经过氩气氛围下900℃高温煅烧和80℃下酸浸处理,得到多孔结构的Mn-N-C样品。以HAuCl4为金源,再以DETA为偶联剂,将Au NPs(金纳米颗粒)通过吸附作用力负载到Mn-N-C载体上,在氩气氛围下于900℃再高温煅烧最后得到Au@Mn-N-C纳米复合材料。采用SEM和TEM对其结构和形貌进行表征。结果表明,Au纳米颗粒较好的分散负载到了Mn-N-C的有机金属框架上,Mn-N-C保留了Mn-ZIF-8的十二面体形貌。探讨了Au@Mn-N-C纳米杂化材料在水溶液中对亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)、罗丹明B(RhB)及对硝基苯酚(4-NP)的催化降解活性。结果显示,Au@Mn-N-C纳米杂化材料对甲基橙和对硝基苯酚具有良好的催化活性并探讨了对甲基橙和对硝基苯酚催化降解的动力学分析,其对这四种染料的降解效果为MO>4-NP>MB>RhB而且对甲基橙和对硝基苯酚催化降解遵循一阶线性关系。此外还评估了Au@Mn-N-C的稳定性与重复使用性。结果表明,该催化剂经过10次循环重复使用仍然对MO和4-NP具有良好的催化活性。
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