MOFs材料光催化降解有機(jī)廢水

MOFs材料光催化降解有機(jī)染料廢水時(shí)間：2014年12月4日2021/6/271NovelPhotocatalystsfortheDecompositionofOrganicDyesBasedonMetal-OrganicFrameworkCompounds（2006，ParthaMahata.etal）PART1《金屬有機(jī)骨架化合物光催化降解有機(jī)染料》2021/6/272催化劑：［Co2(C10H8N2)］L2(1)［Ni2(C10H8N2)］L2·H2O(2)

［Zn2(C10H8N2)］L2(3)(L=C12H8O(COO)2)

底物：酸性橙G(OG)、羅丹明B(RhB)、雷瑪唑亮藍(lán)(RBBR)、亞甲基藍(lán)(MB)2021/6/273反應(yīng)結(jié)果：MOFs作為光催化劑對(duì)OG、RBBR、MB的降解性能都要優(yōu)于傳統(tǒng)TiO2光催化劑，三者對(duì)染料的降解能力(1＞2＞3)。在紫外可見光照射下，當(dāng)染料濃度為100ppm（），催化劑用量2kg/m3，反應(yīng)時(shí)間達(dá)到90min后，材料（1）對(duì)OG、RBBR、MB的降解率分別達(dá)到90%、100%、88%。

反應(yīng)機(jī)理：通過對(duì)材料的紫外可見光光譜和固相光致發(fā)光研究發(fā)現(xiàn)，MOFs之所以具有光催化活性是因?yàn)榕潴w向金屬的電荷轉(zhuǎn)移作用。電子從配體轉(zhuǎn)移到金屬這個(gè)過程所需的能量越小，材料的光催化降解染料的性能就越好，而這個(gè)能量的大小取決于金屬原子的電負(fù)性強(qiáng)弱。2021/6/274PART2《表面活性劑（LAS）輔助合成MIL-100(Fe)多級(jí)結(jié)構(gòu)納米晶及其光催化降解性質(zhì)研究》2021/6/2752.1多級(jí)結(jié)構(gòu)MOFs材料

文獻(xiàn)已大多報(bào)道的是微孔MOFs材料體系，微孔材料的孔道比較窄，阻礙了大分子擴(kuò)散和傳質(zhì)過程，這使得微孔MOFs材料體系的廣泛應(yīng)用受到限制。將表面活性劑分子形成的膠束作為模板即結(jié)構(gòu)調(diào)控劑引入到微孔MOFs合成過程中，當(dāng)移除軟模板時(shí)，材料中既保留原有的微孔結(jié)構(gòu)又會(huì)形成介孔或大孔的結(jié)構(gòu)。采用該方法制備的MOFs材料具有微孔、介孔甚至大孔共存的多級(jí)結(jié)構(gòu)，此外，MOFs多級(jí)結(jié)構(gòu)中的微介大孔比例分布大小可以通過引入不同結(jié)構(gòu)調(diào)控劑的種類進(jìn)行調(diào)整而達(dá)到人們預(yù)期設(shè)想。分子在多級(jí)結(jié)構(gòu)材料中的擴(kuò)散傳質(zhì)過程與在微米尺度晶體中傳質(zhì)是完全不同的，它具有接觸面積大、擴(kuò)散速度快和傳質(zhì)路程短等特點(diǎn)。這些特性促使多級(jí)結(jié)構(gòu)材料在分子吸收和分離、催化方面具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。2021/6/2762.2多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL-100(Fe)納米晶的合成

將FeC13.6H20(6mmol,1.5900g),LAS(0.2632-3.58mmol,0.2632-3.0047g)置于A燒杯中，加入15m1水充分溶解，攪拌30min;H3BTC(9mmol,0.8510g)與15m1水置于B燒杯中混合，再加入HN03(0.25m1)充分?jǐn)嚢琛,B兩燒杯中的溶液混合倒入反應(yīng)釜中，加入HF(0.5ml,38-40%inwater)'決速攪拌，于150℃下反應(yīng)15h。待反應(yīng)完全后自然冷卻至室溫，產(chǎn)物過濾，乙醇回流洗(5×200m1)，溫度為70℃，回流時(shí)間為2h/次。最后，樣品在150℃下真空干燥過夜，密封保存?zhèn)溆谩?.3多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL-100(Fe)納米晶的紫外光催化降解實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程略。。。。。。2021/6/2772.3結(jié)果與討論2.3.1多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL-100(Fe)納米晶的合成條件和N2吸脫附曲線

再結(jié)合掃描電鏡、紅外圖譜等的測(cè)量結(jié)果，可知：

多級(jí)結(jié)構(gòu)納米晶MIL-100(Fe)隨著LAS用量的增加其孔徑分布中呈現(xiàn)出了小顆粒堆積而形成的介孔和大孔的多層次結(jié)構(gòu)。2021/6/2782.3.2多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL-100(Fe)納米晶對(duì)MB的光降解性質(zhì)研究1、多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL-100(Fe)納米晶對(duì)MB的光降解催化效率均大于MIL-100(Fe)微晶；2、多級(jí)結(jié)構(gòu)納米晶MIL-100(Fe)樣品A1的光降解催化效果明顯高于A4，A5和A6，即樣品A1的光降解催化效果最好;(a)H2O2,MIL-100(Fe)微晶和兩者共存時(shí)紫外光降解催化MB的曲線圖(b)H2O2存在條件下，不同LAS用量制各的多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL-100(Fe)納米晶與MIL-100(Fe)微品對(duì)MB可見光降解催化MB曲線圖2021/6/279PART3《Fe3O4@MIL-100(Fe)磁性核-殼微球的合成及其對(duì)次甲基藍(lán)水溶液光催化降解性質(zhì)研究》2021/6/27103.1新型磁性核殼結(jié)構(gòu)MOFs材料

將磁性微球Fe3O4負(fù)載于MOFs材料上，不僅具有MOFs材料的各種性能，還具有磁學(xué)性雙重性能，由于其具有強(qiáng)磁性，所以外加磁性便可以將其與溶液分離，便于循環(huán)回收利用。圖1

核殼磁性微球Fe3O4@MIL-100(Fe)的合成步驟以及在紫外和可見光下光催化降解次甲基藍(lán)2021/6/27113.2結(jié)果與討論3.2.1Fe3O4@MIL-100(Fe)磁性微球的磁性測(cè)試圖3.2400K時(shí)，微球的磁滯回線（插圖：外磁場(chǎng)作用下產(chǎn)物與溶液的分離）1、使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行了磁性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示Fe3O4@MIL-100(Fe)磁性微球的磁飽和強(qiáng)度為37.40emug-1.表面樣品具有很強(qiáng)的磁性，從左圖中也可以清楚的看出，樣品的磁滯回線中有一個(gè)明顯的滯后環(huán).2、將樣品放在水溶液中，通過外加磁鐵，發(fā)現(xiàn)5s后Fe3O4@MIL-100(Fe)樣品就可以完全的被磁鐵吸引，這也直接形象的表面微球具有良好的磁學(xué)性能。2021/6/27123.2.2Fe3O4@MIL-100(Fe)核-殼磁性微球光催化性能的研究圖3.3(a)紫外光下光催化劑對(duì)MB的降解曲線圖

（b）可見光下光催化劑對(duì)MB的降解曲線圖Fe3O4@MIL-100(Fe)核-殼磁性微球在光催化降解次甲基藍(lán)方面：(1)紫外可見光下優(yōu)于TiO2;(2)可見光下優(yōu)于C3N4和N-TiO2。(a)(b)2021/6/2713PART4《磁性核殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4@C/Cu和Fe3O4@CuO的制備以及光催化性質(zhì)的研究》2021/6/27144.1磁性Fe3O4@C/Cu和Fe3O4@CuO核殼材料

以HKUST-1為銅源通過在氮?dú)庵兄苯渝憻玫搅思{米級(jí)的銅單質(zhì)，但是為了解決其作為光催化劑回收利用是的困難，引入了磁性的四氧化三鐵微球，合成了磁性的MOF材料，然后在不同氣氛中鍛燒得到了磁性核殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4@C/Cu和Fe3O4@CuO.

圖4-1

磁性核殼結(jié)構(gòu)Fe3O4@C/Cu和Fe3O4@CuO的制備2021/6/27154.2磁性Fe3O4@C/Cu和Fe3O4@CuO核殼材料的光催化性質(zhì)的研究圖4-2Fe3O4@C/Cu粒子在可見光下

對(duì)不同時(shí)間的紫外吸收光譜隨著時(shí)間的延長(zhǎng)次甲基藍(lán)的吸光度逐漸的變低，在150分鐘左右次平基藍(lán)完全的降解了。2021/6/27164.2磁性Fe3O4@C/Cu和Fe3O4@CuO核殼材料的光催化性質(zhì)的研究圖4-3在不同光催化劑下降解MB的降解曲線