【摘要】：本文選擇兩種水穩(wěn)定性好的金屬有機(jī)骨架材料(MIL-101/UIO-66-NH_2)作為基體材料,通過丙烯酸改性MOFs或?qū)OFs與氧化石墨烯復(fù)合的方法,在吸附材料中引入了更多的吸附位點(diǎn),探究吸附材料對水中微量稀土元素的吸附分離行為。具體內(nèi)容如下:1、以MIL-101金屬有機(jī)骨架作為基體材料,通過先改性后接枝聚合的方法制備了一系列金屬-有機(jī)骨架材料用于吸附稀土元素(命名為y-AA-x@MIL-101s)。通過丙烯酸改性,在材料表面引入了更多的羧酸基團(tuán)吸附位點(diǎn),從而提高材料的吸附性能。通過XRD,HPLC,FT-IR和XPS等一系列表征,我們發(fā)現(xiàn)在本文所研究的酸度范圍內(nèi),該吸附材料具有很好的穩(wěn)定性,吸附機(jī)理主要是丙烯酸中的羧酸基團(tuán)與稀土元素之間發(fā)生螯合和陽離子交換作用。材料對Sc(III)、Nd(III)、Gd(III)和Er(III)的吸附等溫線符合Langmuir吸附等溫模型,飽和吸附量分別為90.21、104.59、58.29和74.94 mg·g~(-1)。Pseudo-second-order模型更能準(zhǔn)確的描述材料的吸附動(dòng)力學(xué)。在16種稀土元素的混合溶液和不同濃度的Cu(II)、Zn(II)、Mn(II)、Co(II)和Al(III)的共存離子溶液中,該材料可以選擇性回收Sc(III)。除Sc(III)外,材料對輕稀土混合物中的Nd(III)和中稀土混合物中的Gd(III)也顯示出較高的親和力。經(jīng)過5次循環(huán)洗脫,材料對稀土元素Sc(III)的吸附性能依然可以達(dá)到80%以上,證明材料具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。2、氧化石墨烯(GO),其表面含有大量的含氧功能基團(tuán),且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定易于修飾,已經(jīng)被認(rèn)為是一種良好的吸附材料。我們選擇UIO-66-NH_2作為基體材料,制備了一系列羧基改性的氧化石墨烯@金屬有機(jī)骨架復(fù)合材料用于吸附稀土元素(命名為GO-COOH-x@UIO-66-NH_2)。經(jīng)過氯乙酸改性,使GO表面含有更多的羧酸基團(tuán),更易與UIO-66-NH_2復(fù)合,且改性后的GO表面具有更多的吸附位點(diǎn),對稀土元素有更高的吸附能力。通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn),復(fù)合材料對稀土元素的吸附能力要遠(yuǎn)高于GO-COOH或UIO-66-NH_2。吸附劑對Sc(III)、Nd(III)、Eu(III)和Er(III)的吸附曲線符合Langmuir吸附等溫模型,最大吸附量分別為181.32、146.24、130.96、135.15 mg·g~(-1),吸附動(dòng)力學(xué)符合pseudo-second-order模型。在16種稀土元素的混合溶液中復(fù)合材料可以選擇性回收Sc(III)。除Sc(III)外,材料對輕稀土混合物中的Nd(III),中稀土混合物中的Eu(III),重稀土混合溶液中的Er(III)顯示出較高的親和力。在不同濃度的Cu(II)、Zn(II)、Mn(II)、Co(II)和Al(III)的共存離子溶液中,材料可以選擇性回收Nd(III)。通過FT-IR和XPS分析,推斷出吸附機(jī)理主要是復(fù)合材料中的氨基和羧酸基團(tuán)與稀土元素之間發(fā)生了螯合和陽離子交換作用。經(jīng)過5次循環(huán),復(fù)合材料對Nd(III)的回收率仍能達(dá)到80%以上,表明該材料具有良好的可再生能力。本篇論文在分離和回收稀土元素方面提出了新的方法,對實(shí)現(xiàn)稀土資源的可持續(xù)利用具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O647.3;X703
【圖文】：

在提取稀土元素過程中所產(chǎn)生的有機(jī)廢液方法，固-液萃取法也叫吸附法被認(rèn)為是從溶液效且環(huán)保的方法[37-43]。該方法利用固相吸附材從而將組分吸附到材料中，實(shí)現(xiàn)各組分之間的分簡便、效率氋、無二次污染等特點(diǎn)，是目前從溶方法。在回收稀土離子的過程中，常用的吸附劑烯，活性炭等）、硅基材料（如 SBA-15，KIT-6稻殼，秸稈等）以及金屬有機(jī)骨架材料（如 UIO-6[44]通過一步水熱法制備了氧化石墨烯/高筋面粉這種新型的生物質(zhì)和氧化石墨烯的復(fù)合材料可)、Yb(III)、Y(III)、Er(III)和 Nd(III)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在合量為 1:1 時(shí)，材料具有最大的吸附容量。該復(fù)合I)、Er(III)和 Nd(III)的最大吸附容量分別為 30.38 mg·g-1，合成過程如圖 1-1 所示。

般把金屬離子看作是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)框架的節(jié)點(diǎn)。鉻、鋯等。在離子配位的過程中，由于使用物的配位數(shù)不相同，即使是相同的金屬節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化。有機(jī)配體經(jīng)常被看作是連接金屬Fs材料時(shí)，相比于柔性有機(jī)配體，剛性有機(jī)會選擇羧酸類的芳香化合物、含氮的聯(lián)吡啶為有機(jī)配體。由于金屬節(jié)點(diǎn)、有機(jī)配體和合計(jì)成不同性質(zhì)的MOFs材料，這也是MOFs材其高度有序的孔結(jié)構(gòu)，大的比表面積，高的經(jīng)被廣泛應(yīng)用于催化、氣體儲存、藥物釋放等人[57]報(bào)道了一種MOFs和織物纖維的復(fù)合鋅和鈷）的MOFs生長在布上，用于有效的b(II)的最大吸附量可以達(dá)到862.44mg·g-1。而有很好的吸附選擇性，循環(huán)洗脫實(shí)驗(yàn)也證明料的合成如圖1-2所示。

材料用于去除水中ppb級的痕量Hg2+，如圖1-3所示。當(dāng)Hg2+離子的初始濃度在1-20 ppb范圍內(nèi)時(shí)，該材料在1小時(shí)之內(nèi)就可以達(dá)到吸附平衡。即使在初始濃度僅為2 ppb的溶液中，Zn(hip)(L)對Hg2+的吸附率依舊可以達(dá)到70%以上，證明該材料對溶液中超痕量的Hg2+離子具有很好的吸附能力。Zn(hip)(L)對Hg2+離子的最大吸附量高達(dá)278 mg·g-1。吸附機(jī)理表明，這種高效吸附主要?dú)w因于材料表面的羥基和酰胺基，這些功能基團(tuán)可以與Hg2+離子發(fā)生強(qiáng)的相互作用，從而將其吸附在材料表面。Zn(hip)(L)的結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。圖 1-3 酰胺和羥基功能化 MOFs 材料從這些例子中我們可以看出，MOFs材料對金屬離子的吸附呈現(xiàn)吸附時(shí)間短

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 肖海建;藍(lán)橋發(fā);黃金;聶華平;葉信宇;楊幼明;;P_(507)-N_(235)體系稀土萃取分離試驗(yàn)研究[J];稀土;2015年06期

2 馮艷萍;田磊;董玉慧;;邊緣氫化石墨烯片層結(jié)構(gòu)和光譜性質(zhì)的密度泛函理論研究[J];計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué);2014年09期

3 尹小文;劉敏;賴偉鴻;董傳博;岳明;索紅莉;;草酸鹽沉淀法回收釹鐵硼廢料中稀土元素的研究[J];稀有金屬;2014年06期

4 劉春穎;王莉莉;楊桂朋;陳巖;李培峰;;海水中丙烯酸的高效液相色譜法建立及應(yīng)用[J];海洋學(xué)報(bào)(中文版);2013年01期

5 賈懷東;彭學(xué)濤;;保衛(wèi)重稀土:資源枯竭背景下的戰(zhàn)略選擇[J];生態(tài)經(jīng)濟(jì);2012年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 夏潔;中空纖維膜萃取分離Ce~(3+)/Pr~(3+)的研究[D];北京化工大學(xué);2013年

本文編號：2763138