【摘 要】
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金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs),是一类以金属离子或金属簇为配位中心,与含氧或氮的有机配体通过配位作用形成的多孔配位聚合物。MOFs是目前研究很热门的一类新型多孔材料,具有结构多样、孔尺寸可调、孔结构高度有序、比表面积大和化学稳定性好的特性。MOFs作为新一代功能性分子材料己广泛用作气体储存材料、催化材料、传感器材料、药物传递材料、吸附和分离材料等。
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金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs),是一类以金属离子或金属簇为配位中心,与含氧或氮的有机配体通过配位作用形成的多孔配位聚合物。MOFs是目前研究很热门的一类新型多孔材料,具有结构多样、孔尺寸可调、孔结构高度有序、比表面积大和化学稳定性好的特性。MOFs作为新一代功能性分子材料己广泛用作气体储存材料、催化材料、传感器材料、药物传递材料、吸附和分离材料等。基于MOFs独特的结构和卓越的性质,MOFs在有害物质的吸附和降解领域中的应用获得了广泛的研究。MOFs作为吸附剂和降解剂获得了许多有意义的研究结果。但单纯MOFs作为吸附剂或者降解剂时,存在了化学稳定性能差,以及在吸附和降解过程中易受到环境因素的干扰等缺点。对MOFs进行后修饰或者以MOFs为模板合成其衍生材料是解决上述问题的有效途径之一。因此,本文通过简单的方法对MOFs进行改性或者以MOFs为模板合成多孔材料,合成的三种材料在实际应用中提高了对水中有害物的吸附和降解效率。论文研究的主要内容如下:1、以铁基MOFs(MIL-53(Fe))作为模板和第一碳源,以糠醇为第二碳源,通过微波辅助高温离子热法制备了一种具有磁性的多孔碳材料(γ-Fe2O3@C)。得到的这种材料具有高的比表面积(392.7 m2/g)和高的孔体积(0.495 cm2/g),同时其还具有很好的磁性能,这为其在吸附和降解染料提供了便利。经过平衡吸附后,发现在30℃条件下,对孔雀石绿的吸附量可以达到499 mg/g,当温度升高至60℃,吸附量可以达到863 mg/g。经分析得到的动力学参数和等温吸附数据后,发现吸附过程更符合Langmuir模型和伪二阶动力学方程,并计算出了其△Gθ,△Sθ,和△Hθ的值,这些数据表明了吸附过程是自发的吸热过程。在太阳光下,当H2O2存在时,该材料还可用于光催化降解孔雀石绿。2.针对MOFs后修饰过程繁琐以及会减小MOFs的比表面积的问题,利用Al3+与F-之间的配位作用力要比Cr3+与F-间的配位作用力强的原理,将MIL-101(Cr)晶体中Cr3+上配位的F-剥离后形成了可用于离子交换的MOFs:Cl-MIL-101(Cr)。实验结果表明,在经过改性后的得到的Cl-MIL-101(Cr)具有更高比表面积。以此材料作为水样中2,4-二氯苯氧基乙酸的吸附剂时与MIL-101(Cr)相比表现出了更高的吸附量,且在高的pH条件下,仍有很高的吸附量。3.针对高温煅烧法中实验条件苛刻、存在一定的危险性的问题,通过高浓度的碱性溶液浸泡MOFs的方法可以得到具有优异的催化降解性能的多孔无机材料。在本节中,我们通过更高浓度的NaOH溶液处理移除MIL-53(Fe)中有机配体的方法,得到了微观形貌很规则的球型铁氧化合物FeOx,这种材料保留了 MOFs高比表面积(923 m2/g)的特性。经实验证明,这种材料的化学稳定性能好,耐酸碱,并且该材料还具有较好的磁性,这也为其应用提供了便利。同时,我们还发现在NH2OH和H2O2存在的情况下,该材料可以催化降解染料亚甲蓝。
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