納米孔洞金屬-有機骨架的選擇性吸附與催化性質(zhì)研究.pdf

1、目前，納米孔洞金屬-有機骨架(MOFs)材料在異相催化，選擇性吸附、氣體分離與存儲、光學、電學、磁學等方面展現(xiàn)了廣闊的應用前景。近年來有關納米孔洞金屬-有機骨架材料應用開發(fā)的文章大量被報道，但將其應用在工業(yè)染料處理方面的研究還比較少。本論文將納米孔洞金屬-有機骨架材料的吸附和催化性質(zhì)用于有機染料污染物的催化降解，經(jīng)吸附和催化降解產(chǎn)物無污染。傳統(tǒng)的去除工業(yè)染料的方法通常治標不治本，它們只能將這些有機物質(zhì)從污水中轉(zhuǎn)移到另外一種物種中，容易引

2、起二次污染。而使用納米孔洞金屬-有機骨架材料對有機染料的去除具有徹底性。因此，使用納米孔洞金屬-有機骨架處理工業(yè)有機染料污染明顯的優(yōu)越性。
　　 本論文的主要研究內(nèi)容如下：
　　 1、研究了MIL-53(M)(M=A1，Cr,Fe)在不同溶劑里對甲基橙(MO)的吸附性質(zhì)。實驗過程中考察了不同溶劑對MIL-53(M)對MO吸附量的影響，同時考察了和MIL-53(Fe)結構相似的MIL-53(M)(M=Al，Cr)對MO吸附

3、的影響，對比了不同溶劑對MIL-53(M)(M=A1，Cr)吸附MO吸附量的影響。研究發(fā)現(xiàn)，該吸附過程遵循二級動力學模型，基于所建立的二級動力學模型，計算出了吸附動力學反應常數(shù)k、相關系數(shù)R和平衡吸附量qe。通過對比不同溶劑中MIL-53吸附甲基橙的影響發(fā)現(xiàn)：MIL-53不僅在吸附、分離方面有著巨大的應用價值，在選擇性催化方面也有著巨大的潛在價值。
　　 2、以納米孔洞金屬-有機骨架材料[M3(BTC)2(H2O)x]n(M=C

4、uⅡ，CoⅡ，NiⅡ，BTC=均苯三酸)為催化劑，以過氧化氫為氧化劑，在超聲條件下，降解工業(yè)染料亞甲基藍(MB)，并對其超聲降解機理進行研究；以具有介孔尺寸的納米孔洞金屬-有機骨架材料[M3(BTC)2(H2O)x]n(M=CuⅡ，CoⅡ，NiⅡ)為催化劑，過氧化氫為氧化劑，研究其超聲降解亞甲基藍的動力學行為，考察了具有不同孔洞尺寸的金屬-有機骨架催化劑、氧化劑過氧化氫濃度、超聲功率、染料濃度對超聲降解亞甲基藍的影響，研究結果表明，該超

5、聲降解反應遵循一級動力學模型，隨著氧化劑過氧化氫濃度的增加以及超聲功率的提高，該準一級反應速率常數(shù)k也會隨之增大。根據(jù)實驗結果，討論了超聲降解MB的反應動力學機理，建立了超聲降解的動力學模型?；谒⒌膭恿W模型和準一級反應速率常數(shù)k，計算出了超聲降解MB的表觀一級速率常數(shù)K。
　　 3、考察了MIL-53(M)(M=Al，Cr,Fe)光催化降解染料亞甲基藍(MB)的光催化性質(zhì)。MOFsMIL-53是堅實的三維多孔結構，這種多

6、孔結構是由無數(shù)的無機鏈組成，孔的節(jié)點是以金屬M=Al，Cr,Fe，Ga,In，V為中心，對苯二甲酸做配體的八面體結構。就像TiO2半導體，它的導帶是由空的3d軌道組成，而MOFs包含的過渡金屬作為結構節(jié)點形成半導體，因此，空的金屬d軌道與有機配體的LUMOs雜化進而形成導帶。因此，MOFs是也是一種活潑的光催化劑。目前，MIL-53是在分離氣體，如CO2，CH4，H2S和多數(shù)有機物質(zhì)等方面是一個很有價值的材料。然而，目前并沒有MIL-5

7、3在光催化性能方面的報道。最近，我們發(fā)現(xiàn)MIL-53(Fe)在紫外-可見和可見光源下，降解MB染料有著很好的光催化性質(zhì)。溶液中電子吸收劑的引入對MIL-53(Fe)光催化降解MB有很大的影響。據(jù)我們所知，不同電子吸收劑和MIL-53(Fe)的協(xié)同大大提高了有機污染物的降解速率，目前還沒有這方面的文獻報道。同時，對與MIL-53(Fe)結構相似的MIL-53(Al)和MIL-53(Cr)的光催化活性也做了研究，考察了結構相似，中心金屬離子