MOFs基复合催化剂制备及应用研究

来源 :天津科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hml9061
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
金属有机框架(MOFs)是一类由有机单元连接金属离子或簇构筑而成的杂化晶态多孔材料。MOFs的网络结构有序多变性,材料的形态、比表面积和孔隙等可调节制备,还可以和其他材料单元复合制备,获得其他单元性能修饰的多孔材料等优点,在材料领域具有极大的研究价值,从而引起许多科研人员的关注,尤其应用在环境污染控制领域。单一MOFs及其复合功能材料的制备研究仍是材料领域研究的热点,旨在制备结构稳定性好,催化降解污染物速率快,循环稳定性好的MOFs材料。MIL-88A是一种具有代表性的MOF材料,其晶体结构类型为六角形(P-62c),每个Fe(III)与6个富马酸配体的μ3-O配位形成Fe-O簇,再由富马酸连接成三聚体,最终形成具有孔和笼(5~7?)的三维骨架结构。本论文在MIL-88A现有的研究基础上,以浸渍法、机械研磨法、重结晶法等多种方法制备结构稳定,应用范围广且绿色环保的MIL-88A及其复合功能材料,将制备的材料进行结构、形貌和光电性能表征,并研究了催化剂在水污染控制中的应用,为MOFs材料结构功能化制备、复合材料制备方式及降解水中有机污染物提供了重要借鉴。本论文从以下几个方面进行:1.通过改变反应溶剂的用量配比,使用溶剂热法制备出三种形貌的MIL-88A,将制备好的MIL-88A分别与Ag3PO4通过浸渍法制备出复合催化剂,通过降解苯酚溶液,筛选出与Ag3PO4复合的MIL-88A降解苯酚性能较好的催化剂,为r-MIL-88A@Ag3PO4;同时改变r-MIL-88A与Ag3PO4的质量配比,筛选出降解苯酚活性好的配比为r-MIL-88A@6%Ag3PO4。对r-MIL-88A@6%Ag3PO4表征进行结构形貌和光电性能分析表征。结果表明,溶剂热法制备出三种形貌的MIL-88A,且MIL-88A与Ag3PO4成功负载在一起;光电性能分析,复合材料的催化活性高于单一的催化剂。催化降解苯酚条件优化:苯酚初始浓度为0.1 g/L,r-MIL-88A@6%Ag3PO4浓度为0.1 g/L降解150 m L的苯酚,H2O2的添加量为9.5 mmol/L,溶液p H为7条件下,降解效率达到99.7%,在酸性条件下降解效果更佳。在后续几章实验中MIL-88A均使用本章筛选的棒状结构的MIL-88A。2.通过前章实验筛选出MIL-88A的降解污染物活性最好的形貌,且Ag3PO4是一种光腐蚀现象比较严重的催化剂,制备出的材料的结构稳定性和循环使用寿命低,且成本较高,在实际生产中应用会受到限制。本章采用C3N4为原料,制备成本降低,且C3N4是一种光敏性极好的催化材料,结构稳定性好,不易被腐蚀分解。三种形貌g-C3N4和MIL-88A采用球磨法(BM)耦合,使得g-C3N4和MIL-88A之间具有强协同作用。在实验中证明C3N4的形貌对MIL-88A@g-C3N4的光催化污染物效率有显着影响,其影响顺序为TCN(管状C3N4)>RCN(棒状C3N4)>BCN(块状C3N4)。同时改变TCN与MIL-88A的质量配比,筛选出降解污染物活性最好的配比,对制备材料进行形貌结构表征和光电性能表征,相同催化反应条件下光催化活性最佳的材料为6%MIL-88A@TCN。这种复合材料更好能更好的分离h+-e-对,促进了ROS的产生,同时复合材料降解苯酚的效率,分别是单一TCN降解苯酚效率的241.5倍和单一MIL-88A降解效率的6.3倍。同时催化剂的循环稳定性有所提高,循环5次后,降解苯酚效率依然高于90%,该研究对推动Fe-MOF和g-C3N4在废水修复中的大规模应用具有重要意义。3.MIL-88A与C3N4通过球磨法耦合制备催化剂,与MIL-88A@Ag3PO4相比,催化降解苯酚的效率以及循环稳定性有着明显的提高,但TCN的制备需要马弗炉高温煅烧和有机溶剂超声,离心洗涤,制备过程太过复杂,且在降解苯酚废水的实际应用中,存在催化剂投加量过大的问题和在酸性废水中应用使用寿命低等缺点。为了减少MIL-88A的失活,提高催化剂耐酸性,简化催化剂的制备过程,本研究通过重结晶方法将PDI负载在MIL-88A的表面,形成包封的MIL-88A@PDI(3,4,9,10-四羧酸二酰亚胺)光催化剂。催化剂的性能与PDI负载在MIL-88A上的负载量有关。随着PDI负载量从3%增加到6%和9%,MIL-88A@6%PDI在30 min内表现出更好的苯酚去除活性。而且,MIL-88A@PDI光催化剂表现出良好的耐酸性,因为所覆盖的PDI在酸性条件下具有稳定的H型π-π堆积,并保护了内部的MIL-88A分解。在重结晶PDI中封装了一系列Fe-MOF,并且由于形成了异质结构,增强了Fe-MOF的光芬顿活性。光催化测试表明,该材料能够显著提高光催化活性并且具备高度耐酸的能力,可用于酸性废水的修复。使用重结晶法制备MIL-88A@PDI复合催化剂,提高了MIL-88A的光催化活性和在酸性废水的结构稳定性。这项工作为各种MOFs材料提高耐酸性能力提供了一种新的改性方法。4.MIL-88A与PDI重结晶制备的催化剂,在耐酸性和结构稳定性都得到了很大的改善,为了进一步提高催化剂降解污染物的能力,加快电子的转移速度和提高催化材料循环次数,在MIL-88A@6%PDI的基础上,引入氧化石墨烯(GO)。随着GO的负载量从8%增加到10%和12%,MIL-88A@6%PDI/GO-2表现出更好的光催化活性。三元体系异质结构与二元体系MIL-88A@6%PDI相比,具有更高的吸附污染物的能力和更快的转移电子能力,提高催化氧化有机污染物效率,循环次数达到5次,苯酚降解效率可达90%,高于二元体系MIL-88A@6%PDI循环5次。探究三元催化剂降解苯酚废水、Rh B染料废水和BPA废水的降解条件优化,确定最佳降解条件。三元催化剂降解污染物效率高,应用范围广。
其他文献
光通信设备是组成电力通信专网的重要基础设备,保障光通信设备的健康状态对于电力信息系统的高效运行具有重要的意义;另外,随着电网的数字化建设和光通信网络规模的扩大,海量的光通信设备也对运维工作提出了更高的要求。然而,现有的基于人工分析告警信息的运维方式难以及时发现设备的异常状况并确定故障根因。数据驱动的智能运维技术可以从大规模的历史监测数据中学习设备的监测数据与健康状态之间的映射关系,并建立两者之间的
学位
学习投入是观测学习者学习质量重要指标之一。研究采用《学习投入量表》《学生感知教师支持行为问卷》《中学生希望特质量表》《青少年意向性自我调节问卷》对内蒙古自治区、广东省、福建省的三所高级中学的1269名高中生进行问卷调查,探讨高中生感知教师支持对学习投入的影响,以及希望和意向性自我调节在二者变量之间的作用机制及人口学变量差异。研究结果表明:(1)高中生感知教师支持、学习投入、希望和意向性自我调节各变
学位
如今深度学习在各行各业中应用得越来越广泛,得益于大量的数据支撑,深度学习模型能够有效的学习数据的分布,从而加速了计算机视觉与传统行业结合的步伐。随着模型精度的不断提高和拆解的深度学习任务越来越细化,仅仅依靠包括更改网络结构、使用预训练的网络、更精细化的调参等技巧来优化模型,很难再进一步优化模型的性能。因此除了优化模型外,模型就需要海量新的数据用来训练模型以提升性能。如何依靠现有的数据集训练模型从而
学位
聚氯乙烯(PVC)是一种价格低廉?配方多样且应用广泛的树脂材料,但是其存在热稳定性差、韧性较低、耐寒性较弱等问题。为了提升其性能,通常需要对PVC进行改性。传统的交联改性可以提升PVC的各项性能,但会使材料丧失热塑性。为此将具有可逆特性的硼酸酯键引入到聚合物的大分子链上,提升PVC各项性能的同时赋予其二次加工、回收利用的特性。由于PVC内部的活性氯含量相对较少,本实验将丁腈橡胶(NBR)与PVC进
学位
甾体药物具有独特的环戊烷多氢菲母核结构,在医药行业具有重要的应用价值,广泛用于抗炎、抗过敏、抗肿瘤以及生育控制等。甾体药物的药理活性取决于在甾体母核的特定位置引入官能基团,尤其是在C11位引入羟基。由于甾体化合物分子结构复杂,基本骨架上具有多个不对称中心,传统的化学合成法用于制备甾体药物存在步骤繁琐,副产物多,收益低等缺点,目前工业上通常采用微生物转化法在甾体母核的选择性引入羟基。丝状真菌赭曲霉是
学位
我国是甘蔗种植大国,甘蔗加工过程中副产的甘蔗渣形成量巨大,且尚未形成有效的处理或再利用途径。以甘蔗渣为原料经酶法水解释放其中的单糖用作发酵产业的碳源供给原料,是甘蔗渣实现资源再利用的重要应用方向之一,有助于提升甘蔗综合加工产业的经济效益和社会效益。选育具备直接水解利用甘蔗渣生产高附加值化学品或材料单体新菌种,将有助于甘蔗渣水解释放单糖过程的低成本高效率规模化应用。为此,本研究在实验室前期研究结果的
学位
滨海地区污染场地地下水中普遍存在石油烃污染问题。滨海含水介质胶体含量高,为了揭示胶体对石油烃迁移转化的影响及效应,本文采用室内土柱试验,研究了不同胶体浓度、离子强度、pH作用下胶体与石油烃共迁移转化规律。研究结果表明:(1)不同胶体浓度和石油烃的共迁移过程中,胶体对石油烃的迁移转化起到阻滞作用,不同胶体浓度对石油烃迁移的影响不同。在胶体浓度为0-110 mg/L中,胶体对石油烃吸附呈现波动变化;胶
学位
水体中砷污染问题日益受到社会的广泛关注,利用微藻除砷成为砷污染水体的净化方法之一。然而微藻吸附和转化重金属的能力会使得微藻产品的砷浓度超标,这对经济微藻规模化养殖产业是不利的。如何降低微藻产品的砷含量是经济微藻规模化养殖行业的难题。近年来利用硫酸盐还原菌除砷成为研究的热点。盐藻高盐的生长环境使得利用普通的硫酸盐还原菌除砷难以实现,因此本研究从日晒盐田结晶池中分离耐盐硫酸盐还原菌,分析固定化硫酸盐还
学位
质子交换膜燃料电池已成为当前应对能源和环境问题的研究热点,其核心部件质子交换膜发挥着关键作用。为了得到性能优异的质子交换膜材料,可以从质子导体的选择和膜材料改性两方面进行研究。本文中合成了两个羧酸类有机配体,1,4-[3,5-间苯二甲酸]-对苯二甲酰胺(H4L~1)和1,3-[3,5-间苯二甲酸]-间苯二甲酰胺(H4L~2),在此基础上制备了3种金属有机框架(MOFs)和4种金属有机凝胶(MOGs
学位
共价有机框架(COFs)是由有机单体通过共价键连接形成的具有周期性结构的多孔有机材料。COFs作为一种新兴材料,具有比表面积大、结晶性高、孔结构可调以及化学和热稳定性好等特性,被广泛应用于气体分离与吸附、催化、光电光伏、能量储存以及荧光传感等领域。选择不同刚性结构功能单体可通过共价键连接形成不同拓扑结构COFs框架。COFs规整孔结构使目标分子更容易进入孔道与作用位点相互作用,不同尺寸和功能性孔使
学位