改性MOFs与TiO2协同处理水中六价铬和亚硫酸盐的实验研究

来源 :华北电力大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wojiushishashou47
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随着全球工业化进程的不断推进,近年来水污染问题日趋严重,越来越多的研究者把注意力集中到开发高效的水处理技术上,以此提高水资源的利用效率。为了提高处理效果,本次工作利用简易的一步式水热法制备出了两种新型固体材料——uio-66(MOFs材料)和TiO2,并以六价铬溶液和亚硫酸盐溶液为模拟废水探究这两种材料的最佳制备条件、改性手段、反应条件以及反应机理,同时还利用XRD、BET、SEM、XPS、UV-VIS DRS等表征手段对材料进行了深入分析。在MOFs吸附六价铬的实验中,经过对比选出了吸附性能最好的uio-66,在pH=6时吸附量最大,可达17.7mg/g,接近活性炭的两倍(9.3mg/g)。在此基础上对uio-66进行掺杂改性,当Cu掺杂量为10%时,改性效果最好,对六价铬的吸附量提高到30.7 mg/g,处理20 mg/L的铬液脱除效率可达95.7%。XRD和SEM表征结果表明实验制备出了具有完整晶型的uio-66,XPS与BET表征证明Cu原子被引入到框架结构中通过有机链与Zr原子相连,产生新的金属中心,提高了材料的比表面积和孔容。在TiO2光催化实验中,通过对比催化效率找到了最佳的水热温度(180℃)和水热时间(8小时),以及最适的反应pH(3)。经过30分钟的吸附和120分钟的光催化,纯二氧化钛对六价铬的催化效率可达60.0%,远超溶胶凝胶法制备的二氧化钛(3.1%)。对其进行金属掺杂改性,在三种金属中Cu的掺杂效果最好,掺0.5%Cu的TiO2还原六价铬的效率相比纯TiO2提高了13.4%,反应后测到的三价铬也更多。将0.5Cu-TiO2用于处理2g/L的亚硫酸钠溶液,经过90分钟后亚硫酸根氧化率超过90%,比不加催化剂时提高了30%。XRD、XPS等表征证明实验制备出了具备锐钛矿相的晶体二氧化钛,掺杂的Cu原子进入了TiO2晶胞中,提高了材料的比表面积。UV-VIS DRS、光电流表征表明掺杂后材料禁带宽度减小,对可见光的吸收能力提高。将掺杂改性后的uio-66和TiO2协同处理高浓度的六价铬溶液(50mg/L),两者的投加量都是1g/L,最后的脱铬效率可达91.8%,高于单独使用二氧化钛,同时还将30%多的六价铬还原为三价铬,证明了协同处理的可行性。
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