【摘要】：吸附法因成本低廉,操作簡便,處理效率高,具有環(huán)境友好性等優(yōu)點(diǎn),已在水中有機(jī)染料去除研究中引起研究者的廣泛關(guān)注。目前粘土礦物、磁性材料、高分子聚合物和金屬有機(jī)骨架材料(Metal organic Framework,MOFs)等都已被成功應(yīng)用于對水中有機(jī)染料的去除研究。其中MOFs因具有超大的比表面積、可選擇的孔尺寸、較好的穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),已成功應(yīng)用于對水中有機(jī)染料的去除。鑒于此,本學(xué)位論文在前人研究的基礎(chǔ)之上,圍繞功能化MOFs復(fù)合納米材料的制備及應(yīng)用,開展了以下創(chuàng)新性研究工作:(1)采用原位聚合法制備NH_2-MIL-53(Al)@PDA復(fù)合納米材料,通過透射電鏡(Transmission electron microscopy,TEM)、掃描電鏡(Scanning electron microscopy,SEM)、X射線衍射(X-ray diffraction,XRD)分析、傅里葉紅外光譜儀(Fourier transform infrared,FT-IR)和比表面積測試儀(Brunauer-Emmett-Teller,BET)等手段對其進(jìn)行表征。該復(fù)合納米材料成功應(yīng)用于對水中陽離子染料結(jié)晶紫(Crystal violet,CV)和孔雀石綠(Malachite green,MG)的去除。在308.15 K,CV和MG溶液的pH分別為10.0和8.0條件下,NH_2-MIL-53(Al)@PDA復(fù)合納米材料對CV和MG的去除率分別達(dá)到90.51%和92.37%。研究表明,其吸附機(jī)理主要是靜電作用、氫鍵和π-π堆積作用。(2)制備了具有外磁場響應(yīng)的Fe_3O_4@SiO_2-IDA@NH_2-MIL-101(Al)@PPy復(fù)合納米材料,采用TEM、SEM、BET、XRD、FT-IR和振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(Vibrating sample magnetometer,VSM)對該復(fù)合納米材料進(jìn)行表征。以陰離子染料剛果紅(Congo red,CR)為分析對象,考察了溶液的pH、濃度、離子強(qiáng)度、振蕩時(shí)間,以及振蕩溫度對Fe_3O_4@SiO_2-IDA@NH_2-MIL-101(Al)@PPy復(fù)合納米材料吸附性能的影響,并初步探討了其吸附機(jī)理。研究結(jié)果表明,在308.15 K,pH 7.0條件下,Fe_3O_4@SiO_2-IDA@NH_2-MIL-101(Al)@PPy復(fù)合納米材料對CR的吸附量可達(dá)289.18 mg?g~(-1),吸附機(jī)理主要是靜電作用、氫鍵和π-π堆積作用。(3)制備了GO@Fe_3O_4/CS@HKUST-1磁性復(fù)合納米材料,采用SEM、TEM、BET、XRD、FT-IR和VSM等手段對所制備的納米復(fù)合材料進(jìn)行表征。以陽離子染料亞甲基藍(lán)(Methylene blue,MB)為分析對象,考察了不同實(shí)驗(yàn)條件下GO@Fe_3O_4/CS@HKUST-1的吸附性能。研究結(jié)果表明,在308.15 K,pH 9.0條件下,GO@Fe_3O_4/CS@HKUST-1對MB的吸附量為82.04 mg?g~(-1)。研究表明,其吸附機(jī)理主要是靜電作用、π-π堆積作用和氫鍵。
【圖文】：

圖 1-1 結(jié)晶紫 (a)、孔雀石綠 (b)、亞甲基藍(lán) (c)和剛果紅 (d)結(jié)構(gòu)示意圖CV和MG是最常用的三苯甲烷類陽離子有機(jī)染料。CV作為一種紫色染料，不僅廣泛應(yīng)用于紡織品、皮革和油墨等工業(yè)用途，作為抗過敏源和殺菌劑用于藥物研究，同時(shí)在生物學(xué)中通過革蘭氏染色法將細(xì)菌進(jìn)行分類處理[10]。CV 可對短期接觸的生物體產(chǎn)生有害影響。MG 通常作為殺菌劑或處理寄生蟲用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、魚類孵化場和畜牧業(yè)等各種行業(yè)中。MG 可以通過代謝進(jìn)入人體，轉(zhuǎn)化為高毒性的脂溶性危險(xiǎn)物質(zhì)，也可以誘導(dǎo)癌癥、畸形，，以及呼吸系統(tǒng)疾病。CR 是一種高水溶性的聯(lián)苯胺類直接偶氮染料，是聯(lián)苯胺與萘甲酸的衍生物，在厭氧條件下將代謝成致癌的芳香胺類物質(zhì)。CR 在醫(yī)學(xué)中主要用于淀粉樣變性的診斷、胃內(nèi)游離性鹽酸的檢測，以及淀粉樣蛋白的組織學(xué)染色等方向，同時(shí)在紡織工業(yè)中為常用染色劑。研究表明 CR 會引發(fā)有機(jī)體突變和生殖性突變，對皮膚、腸胃等具有刺激性作用，并將影響血液凝結(jié)和呼吸作用[11]。MB會引起眼睛刺激、皮膚刺激和血液變化的全身效應(yīng)。將MB吸入體內(nèi)后，會引發(fā)呼吸困難、嘔吐、惡心、腹瀉、大量出汗，嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)精神混亂等癥

因此 MOFs 材料種類眾多。其分類可以按照為以下 4 類：狀金屬有機(jī)骨架材料屬有機(jī)骨架材料(Isoreticular Metal-Organic Frameworks, Ihi 等[43]在 1999 年提出合成，是新型多孔材料的原型。IR結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示。圖 1-2 (a)上方為 IRMOF-1 的三種金料的籠狀結(jié)構(gòu)，其中結(jié)構(gòu)中間圓球代表孔穴中最大的范德MOF-1 在{100}面的結(jié)構(gòu)圖。該材料孔徑可以隨著聯(lián)苯、分子結(jié)構(gòu)長度的增大而擴(kuò)大。隨后該團(tuán)隊(duì)通過改變配體中官能團(tuán)修飾苯環(huán)，合成了 IRMOF-n (n=1~16)系列材料[44~28.8 。所有的 IRMOFs 都具有與原型 IRMOF-1 相似的原子為中心，通過六個(gè)羧基與鋅原子相結(jié)合，形成四金屬簇。隨后與有機(jī)羧酸配體反應(yīng)形成三維的八面體多s 系列材料的合成實(shí)現(xiàn)了 MOFs 材料從微孔 (孔徑 <2nm nm)材料的過渡和拓展。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ424;X703

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本文編號：2698963