金属有机框架改性与晶格结构调控对液相吸附性能的影响

来源 :天津大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haojian19831212
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重大突发性环境污染事件具有不确定性和严重危害性,吸附法是主要的应急处理方法,开发高吸附容量、高吸附速率、选择性吸附能力强的吸附材料是其应用的关键。与传统吸附材料相比,新型多孔材料金属有机框架(Metal-organic Frameworks,MOFs)因其具有高比表面积、高孔隙率和结构易于调控等特性,成为吸附领域的研究热点之一。本论文以水环境中重金属、有机染料和燃油中含氮化合物为目标污染物,以提高MOFs选择性吸附能力和吸附容量为研究目的,研究了Zn基MOF在溶液中选择性吸附重金属的相互作用方式,探索了MOFs氨基功能改性对于燃油纯化的影响及其吸附机理,采用混合配体策略合成了晶格空位HKUST-1,探索其对于吸附有机染料的促进作用,为克服尺寸排阻效应、提高MOFs液相吸附容量提供了新思路。本论文的主要结论如下:(1)在合成并表征6种MOFs材料(UiO-66、MIL-101(Cr)、MIL-53(Fe)、ZIF-8、MOF-5、IRMOF-3)的基础上,通过研究MOFs在溶液中与重金属(Pb2+)的选择性吸附行为,发现ZIF-8(Zn基MOFs)比其他类型的MOFs表现出更强的吸附能力。根据配位化学理论,指出重金属(Pb2+)与ZIF-8之间的吸附主导作用是离子交换机制。(2)应用氨基功能改性MIL-53(Al)吸附去除燃油中以喹啉和吡咯为代表的含氮化合物。与MIL-53(Al)相比,MIL-53(Al)-NH2与喹啉和吡咯的吸附容量分别提高了4.1倍和2.1倍。从微观角度阐明氢键作用主导着MIL-53(Al)-NH2的氨基与喹啉的氮原子之间的结合能力。MIL-53(Al)-NH2可以采用乙醇再生。(3)采用间苯二甲酸与均苯三甲酸混合配体策略,合成并应用4种不同比例晶格空位的金属有机框架HKUST-1吸附去除偶氮染料。表征结果证实了晶格空位HKUST-1的介孔结构及稳定性。吸附实验结果表明晶格空位的调控可有效促进HKUST-1对溶液中偶氮染料吸附。吸附过程分别符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型。
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