金屬（Zr、Fe、Al）有機骨架材料及其復合物的制備與吸附性能研究
發(fā)布時間：2020-12-12 05:27
近年來,大規(guī)模生產和過度的使用農藥、清潔劑和肥料,導致大量含磷廢水進入水環(huán)境系統(tǒng),加速了水體的富營養(yǎng)化過程,破壞生態(tài)平衡的同時也阻礙了社會經濟的發(fā)展。另外,過量重金屬的排放對整個生態(tài)系統(tǒng)和公眾健康構成了嚴重威脅。吸附法是解決富營養(yǎng)化以及重金屬污染最有效的方法之一。然而現有的吸附劑材料存在吸附容量小、不易回收等缺點,不能很好地解決日益嚴重的水污染問題。因此,制備高性能的吸附劑并實現大規(guī)模的生產,再應用于實際水體是解決水污染問題的關鍵。本論文首先針對水體富營養(yǎng)化問題,制備了尺寸可調的鋯基金屬有機骨架材料（UiO-66）,探究了其對磷酸鹽的吸附性能及吸附機理;其次,針對砷污染,制備了形貌可控的雙金屬有機骨架材料（Fe/Mg-MIL-88B）,探究了其對砷酸鹽的吸附性能及機理;另外,針對重金屬污染,制備了鋁基金屬有機骨架材料（NH2-MIL-53）/木炭復合膜（NH2-MIL-53/WC）、木質素磺酸鈉修飾的g-C3N4/木炭凝膠復合膜（LS-C3N4/CWS）,研究了其對鉛、鎘、銅等重金屬的吸附性能以及吸附機理;最后,制備了細菌纖維素復合膜并研究了其對多種污染物的去除性能。本文的主要內容包括...
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：126 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１?（ａ）?２０１８年度七大流域、浙閩片河流、西北和西南諸河水質；（ｂ）?２０１８年度重要??
?第一章緒論???／Ｆｅ｛Ｎ０３）３??Ｆｅ－ＭＩＬ－８８Ｂ?Ｘ?／／??＋?｛Ｆｅ＾ｌｎ＾＾－ＭＩＬ－ＳＳＢ??ｌｎ（ＮＯａ）３??ｉｎ－ＭＩＬ－？８??圖１．３雙金屬｛ＦｅｘＩｍ—ｘ｝－ＭＩＬ－８８Ｂ的制備丨５１］。??１．３．２．３?ＭＯＦｓ復合材料的制備??將ＭＯＦｓ與具有特定性能的功能性材料復合，制備ＭＯＦｓ復合材料，可以有??效彌補單一ＭＯＦｓ的應用局限性，最大限度的發(fā)揮其優(yōu)勢１Ｗ。目前研宄的與ＭＯＦｓ??進行復合的材料有金屬離子、磁性材料、ＣＮＴｓ、ＭＯＦｓ等。Ｈｅｒｍｅｓ等人通過氣??相沉積法（ＣＶＤ）制備了?Ｃｕ＠Ｍ０Ｆ－５、Ｐｄ＠Ｍ０Ｆ－５?和?Ａｕ＠ＭＯＦ－５［５５］。將預先合??成的Ｍ０Ｆ－５與金屬前驅體放在單獨的容器中，并在靜態(tài)真空中加熱。然后將獲??得的中間體在Ｈ２下一定溫度下還原，即可得到金屬離子與ＭＯＦｓ的復合材料。??將磁性材料或者ＣＮＴｓ放入用于ＭＯＦｓ合成的反應物溶液中，即可一步水熱／溶??劑熱法制備ＭＯＦｓ與磁性材料或者ＣＮＴｓ的復合材料［５６］。此外，Ｚｈｕａｎｇ等人報??道了?ＭＯＦｓ＠ＭＯＦｓ的合成方法［５７】。首先用表面活性劑ＣＴＡＣ、ＰＶＰ、ＳＤＳ或者??ＴＴＡＢ對ＺＩＦ－８進行修飾，之后將表面修飾的ＺＩＦ－８放入ＵｉＯ－６６合成的反應物溶??液中，溶劑熱法即可制備ＵｉＯ－６６＠ＺＩＦ－８的復合材料。??１．３．２．４?ＭＯＦｓ膜的制備??制備有一定取向的、連續(xù)的、高質量的ＭＯＦｓ膜備受研宄學者的關注。各種??功能化和非功能化的基底，例如二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、石墨等，已經用??于沉積ＭＯＦｓ薄膜。目前，常用到的合成ＭＯＦｓ膜的方法：（１）直接生長
直接生長相比??（圖Ｌ４），二次生長或自犧牲模板法可以更好地控制ＭＯＦｓ薄膜的厚度和方向??［５９］。在二次生長之前，在基材上首先預生長上用于ＭＯＦｓ生長的種子層，然后以??類似于直接生長的步驟在基底表面上產生薄膜或薄膜。由于在基底表面上預先存??在晶體核，因此消除了表面化學的影響。??ｄｉｒｅｃｔ?，??Ｉ?ｇｒｏｗｔｈ??ｂａｒｅ?ｓｕｐｐｏｒｔ?厶丁??＿＿?｜?ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?＾??ｓｅｅｄｅｄ?ｓｕｐｐｏｒｔ?ｓｏｌｖｏｔｈｅｒｍａｌ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ??圖１．４直接生長法和二次生長法，二次生長法可形成均勻的ＭＯＦｓ薄膜［５８，５９］。??層層生長法（ｌａｙｅｒ－ｂｙ－ｌａｙｅｒ，ＬＢＬ）?—般采用重復將基底材料浸入金屬鹽溶??液和有機配體溶液的方式進行ＭＯＦｓ膜的生長在連續(xù)的沉積步驟之間，用??適當的溶劑沖洗基底，以去除未反應或者物理吸附在基底上的金屬離子或者配體。??與直接生長相比，層層生長法可產生均勻，納米級的薄膜，并可以精確控制每個??步驟的取向和厚度。但是，層層生長法需要對基底進行預功能化，并且重復的??浸入／洗滌循環(huán)過程是非常繁瑣的，如圖１．５。??溶液沉積法是指將穩(wěn)定的納米ＭＯＦｓ晶體分散旋涂或浸涂在基底材料上［６２＿??６４］。通過多次沉積來制備增加ＭＯＦｓ膜的厚度。溶液沉積法操作簡單，快速且成??本低。該技術可應用與實際進行大面積ＭＯＦｓ膜的加工的。??川川一?＿?、山Ａ??ＭＨＤＡ?ＳＡＭ?＇二?Ｂ??圖丨．５層層生長法制備ＨＫＵＳＴ－１膜［６（）］。??７??
本文編號：2911935
【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：126 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１?（ａ）?２０１８年度七大流域、浙閩片河流、西北和西南諸河水質；（ｂ）?２０１８年度重要??
?第一章緒論???／Ｆｅ｛Ｎ０３）３??Ｆｅ－ＭＩＬ－８８Ｂ?Ｘ?／／??＋?｛Ｆｅ＾ｌｎ＾＾－ＭＩＬ－ＳＳＢ??ｌｎ（ＮＯａ）３??ｉｎ－ＭＩＬ－？８??圖１．３雙金屬｛ＦｅｘＩｍ—ｘ｝－ＭＩＬ－８８Ｂ的制備丨５１］。??１．３．２．３?ＭＯＦｓ復合材料的制備??將ＭＯＦｓ與具有特定性能的功能性材料復合，制備ＭＯＦｓ復合材料，可以有??效彌補單一ＭＯＦｓ的應用局限性，最大限度的發(fā)揮其優(yōu)勢１Ｗ。目前研宄的與ＭＯＦｓ??進行復合的材料有金屬離子、磁性材料、ＣＮＴｓ、ＭＯＦｓ等。Ｈｅｒｍｅｓ等人通過氣??相沉積法（ＣＶＤ）制備了?Ｃｕ＠Ｍ０Ｆ－５、Ｐｄ＠Ｍ０Ｆ－５?和?Ａｕ＠ＭＯＦ－５［５５］。將預先合??成的Ｍ０Ｆ－５與金屬前驅體放在單獨的容器中，并在靜態(tài)真空中加熱。然后將獲??得的中間體在Ｈ２下一定溫度下還原，即可得到金屬離子與ＭＯＦｓ的復合材料。??將磁性材料或者ＣＮＴｓ放入用于ＭＯＦｓ合成的反應物溶液中，即可一步水熱／溶??劑熱法制備ＭＯＦｓ與磁性材料或者ＣＮＴｓ的復合材料［５６］。此外，Ｚｈｕａｎｇ等人報??道了?ＭＯＦｓ＠ＭＯＦｓ的合成方法［５７】。首先用表面活性劑ＣＴＡＣ、ＰＶＰ、ＳＤＳ或者??ＴＴＡＢ對ＺＩＦ－８進行修飾，之后將表面修飾的ＺＩＦ－８放入ＵｉＯ－６６合成的反應物溶??液中，溶劑熱法即可制備ＵｉＯ－６６＠ＺＩＦ－８的復合材料。??１．３．２．４?ＭＯＦｓ膜的制備??制備有一定取向的、連續(xù)的、高質量的ＭＯＦｓ膜備受研宄學者的關注。各種??功能化和非功能化的基底，例如二氧化硅、氧化鋁、二氧化鈦、石墨等，已經用??于沉積ＭＯＦｓ薄膜。目前，常用到的合成ＭＯＦｓ膜的方法：（１）直接生長
直接生長相比??（圖Ｌ４），二次生長或自犧牲模板法可以更好地控制ＭＯＦｓ薄膜的厚度和方向??［５９］。在二次生長之前，在基材上首先預生長上用于ＭＯＦｓ生長的種子層，然后以??類似于直接生長的步驟在基底表面上產生薄膜或薄膜。由于在基底表面上預先存??在晶體核，因此消除了表面化學的影響。??ｄｉｒｅｃｔ?，??Ｉ?ｇｒｏｗｔｈ??ｂａｒｅ?ｓｕｐｐｏｒｔ?厶丁??＿＿?｜?ｓｅｃｏｎｄａｒｙ?＾??ｓｅｅｄｅｄ?ｓｕｐｐｏｒｔ?ｓｏｌｖｏｔｈｅｒｍａｌ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ??圖１．４直接生長法和二次生長法，二次生長法可形成均勻的ＭＯＦｓ薄膜［５８，５９］。??層層生長法（ｌａｙｅｒ－ｂｙ－ｌａｙｅｒ，ＬＢＬ）?—般采用重復將基底材料浸入金屬鹽溶??液和有機配體溶液的方式進行ＭＯＦｓ膜的生長在連續(xù)的沉積步驟之間，用??適當的溶劑沖洗基底，以去除未反應或者物理吸附在基底上的金屬離子或者配體。??與直接生長相比，層層生長法可產生均勻，納米級的薄膜，并可以精確控制每個??步驟的取向和厚度。但是，層層生長法需要對基底進行預功能化，并且重復的??浸入／洗滌循環(huán)過程是非常繁瑣的，如圖１．５。??溶液沉積法是指將穩(wěn)定的納米ＭＯＦｓ晶體分散旋涂或浸涂在基底材料上［６２＿??６４］。通過多次沉積來制備增加ＭＯＦｓ膜的厚度。溶液沉積法操作簡單，快速且成??本低。該技術可應用與實際進行大面積ＭＯＦｓ膜的加工的。??川川一?＿?、山Ａ??ＭＨＤＡ?ＳＡＭ?＇二?Ｂ??圖丨．５層層生長法制備ＨＫＵＳＴ－１膜［６（）］。??７??
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