功能化MIL-101類、UIO-66類MOFs的制備及其對水體中染料、汞和砷的吸附性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代化進程的迅速推進，中國正面臨著極為嚴峻的水污染問題。特別是印染廢水以及工業(yè)廢水中重金屬的污染。中國每年有大量未完全處理的印染廢水排放進入地表水中，對水體造成極其嚴重的污染。另一方面，工業(yè)廢水中難處理的重金屬離子排放量也日益增多，特別是汞以及砷導致的水污染，嚴重危害人體健康。金屬有機骨架材料是近十年來，新興的一種多孔材料，有望成為良好的吸附劑材料。本文試圖通過改變金屬有機骨架材料的孔結構或對其進行修飾，從而為吸附法在處理印染廢水以

2、及重金屬離子污染時提供新思路或使得遇到的問題得以解決，并希望能在一定程度上擴展金屬有機骨架材料在吸附處理水中污染物的應用。本文主要研究內容有：
　　1、本文通過改變礦化劑的種類、十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）的投加量等合成條件，成功合成了七種分層介孔結構MIL-101。通過XRD、SEM、BET等手段對這七種材料進行表征。分層介孔結構 MIL-101吸附水中亞甲基藍和甲基橙的實驗結果表明：HF或NaAc作為礦化劑，合成的MIL-

3、101結構不變，其骨架所帶的電荷則發(fā)生變化，致使其對染料的吸附效果有所不同。以HF為礦化劑合成的MIL-101有利于甲基橙的吸附，而以NaAc為礦化劑合成的MIL-101有利于亞甲基藍的吸附。此外，隨著CTAB的量增加，材料的比表面逐漸降低，并且材料中介孔以及大孔所占的孔體積增大。這在一定程度上有利于其對亞甲基藍的吸附，不利于甲基橙的吸附。分層介孔結構MIL-101對染料的吸附過程更符合Langmuir模型，屬于單層吸附。通過D-R模式

4、對實驗所得的數(shù)據(jù)進行處理分析，染料吸附過程為物理吸附。動力學研究表明其對染料的吸附過程更符合擬二級動力學吸附模型。吸附熱力學研究表明染料吸附過程為吸熱過程。
　　2、本文采用后修飾的方法成功制備了胸腺嘧啶功能化的MIL-101。通過XRD、SEM、FT-IR、NMR、TG等表征方法證明MIL-101-Thymine的成功合成。Hg(II)吸附實驗結果表明：MIL-101-Thymine對Hg(II)的最大吸附容量高達51.75 m

5、g/g。MIL-101-Thymine對Hg(II)的吸附機理為修飾在MIL-101-Thymine的胸腺嘧啶基團上的 N原子與Hg(II)配位，形成 Thymine-Hg-Thymine結構。同時 MIL-101-Thymine對Hg(II)的吸附過程更符合Langmuir吸附等溫模型。MIL-101-Thymine對Hg(II)的吸附過程更符合擬二級動力學吸附模型。汞離子的吸附過程也符合顆粒內擴散模型，內擴散為速率控制步驟。MIL-

6、101-Thymine對Hg(II)的吸附受pH值影響較大。吸附溶液的最佳pH范圍為4-6。MIL-101-Thymine對Hg(II)的吸附具有較高的選擇性以及識別能力，其對 Hg(II)吸附相對于 Ni(II)的選擇性系數(shù)高達684.29。與此同時，MIL-101-Thymine用于實際廢水中Hg的吸附處理也有很好的效果，有望成為實際廢水處理的性能良好吸附劑。
　　3、本文采用溶劑熱法一步合成UIO-66和UIO-66-NH2

7、。通過XRD、BET、IR、Zeta電位等表征手段方法對合成的吸附劑物理化學性質進行描述。結果表明UIO-66、UIO-66-NH2對As(III)的吸附過程更符合Freundlich模型，吸附過程為非均相吸附過程。但UIO-66、UIO-66-NH2對As(V)的吸附過程更符合Langmuir模型，吸附過程屬于單層吸附。同時兩種材料吸附As(III)能力遠大于其對As(V)的吸附能力。令人驚奇的是UIO-66具有較高的As(III)吸