UiO-66、TiO2/MIL-53(Al)光催化还原水体中Cr(Ⅵ)及UiO-66吸附缓释乙基香兰素的研究

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重金属污染是危害最严重的的水体污染问题之一,直接或间接地危胁着人类的生命健康安全。重金属Cr(Ⅵ)有剧毒,极易通过消化系统、皮肤以及粘膜组织进入人与动物体内并诱发癌症,另外也对环境有持久性的危害,因此有必要对含Cr(Ⅵ)水体的高效处理技术开展研究。在众多水污染处理方法中,光催化技术是一种能将太阳能转化成化学能,可应用于处理水污染中的有害、有毒物质的新技术,其具有节能环保及不易造成二次污染等优点。半导体材料是最常见的光催化剂,然而其光催化效率普遍不高,因此开发高效、光催化活性高的催化剂是该技术的关键。另一方面,MOFs(metal-organic frameworks)材料因具有比表面积大、多孔且孔道结构规则、稳定性良好及光化学性质可控等优点,可用作光催化剂或优良载体材料,并应用于光催化处理重金属污染的研究而备受科学家们青睐,近年来发表的与其相关的论文也在快速增多。鉴于上述,本论文选用具有类似半导体的性质、对紫外光的吸收性能良好、比表面积大及化学稳定性强等优点的MOFs材料UiO-66,将其应用与光催化技术相结合,针对处理高毒性的重金属离子Cr(Ⅵ)做了一系列的研究。而选用的另一种MOFs材料MIL-53(Al),因其对紫外光的吸收能力极弱,但比表面积大且化学稳定性强,是一种优良的载体材料,故考虑将半导体TiO2负载到其表面上,以期达到更好的分散半导体材料TiO2的目的,进而有效提高材料对紫外光的利用效率。之后将复合材料应用于光催化处理水中Cr(Ⅵ)的研究中。另外,由于MOFs材料具有高比表面积、孔容大且孔道结构规则、易功能化等特点,使其在吸附与分离领域的应用前景广阔。因此将MOFs材料UiO-66的应用与吸附分离技术相结合,针对吸附缓释烟用香料乙基香兰素做了一系列的研究。论文主要内容如下:(1)以溶剂法在MIL-53(Al)材料上负载半导体TiO2,负载型的TiO2的紫外光催化活性与纯的TiO2相比最高可增至2.1倍。合成的复合材料TiO2/MIL-53(Al)具有较大的比表面积,MOFs载体与TiO2结合,既保持了载体的稳定性质,又使TiO2分散的更好,大大增强材料对紫外光的利用效率。负载于MOFs材料上TiO2的量会影响材料的光催化活性。(2)以复合材料TiO2/MIL-53(Al)(100)为光催化剂,铬溶液调至最佳pH条件下的光催化还原Cr(Ⅵ)的实验表明:在合适的铬溶液浓度与催化剂的加入量下,调整铬溶液的pH可有效提高TiO2/MIL-53(Al)(100)光催化还原Cr(Ⅵ)的效率,比不调时提高了18%左右;以TiO2/MIL-53(Al)(100)为光催化剂,甲醇为牺牲剂条件下的光催化还原Cr(Ⅵ)的实验表明:在合适的铬溶液浓度与TiO2/MIL-53(Al)(100)的加入量下,往铬溶液中加入适量的甲醇会大大提高TiO2/MIL-53(Al)(100)光催化还原Cr(Ⅵ)的效率,比不加时提高了29%。(3)以MOFs材料UiO-66为光催化剂,铬溶液调至最佳pH条件下的光催化还原Cr(Ⅵ)的实验表明:在合适的铬溶液浓度与催化剂的加入量下,调整铬溶液的pH可有效提高UiO-66光催化还原Cr(Ⅵ)的效率,比不调时提高了15%;以UiO-66为光催化剂,甲醇为牺牲剂条件下的光催化还原Cr(Ⅵ)的实验表明:在合适的铬溶液浓度与UiO-66的加入量下,往铬溶液中加入适量的甲醇可大幅提高UiO-66光催化还原Cr(Ⅵ)的效率,比不加时提高了38%。(4)以UiO-66为吸附剂对乙基香兰素进行吸附缓释实验表明:在材料吸附饱和的情况下,将材料置于不同温度下加热,UiO-66/香料的复合材料均表现出很好地持香性能,而缓释性能差。当实验的温度最高达到90℃时,UiO-66/香料的复合材料一周后仅缓释香料12%。
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