金属有机框架(Uio-66-NH2)选择性吸附水中磷砷的性能研究

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金属-有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是指由金属离子或离子簇与含有N、O原子的有机配体自组装而形成的具有周期性网络结构的配位聚合物。均一的孔径、高比表面积、金属可调及有机配体可功能化修饰等独特结构特点使其被广泛研究应用于气体储存、净化和分离、多相催化、药物载体、光电、传感等工业领域。随着研究的发展,水相稳定的金属有机框架的开发,使其在废水处理方面也逐渐得到关注。  本论文主要合成了具有水相稳定性能的金属-有机框架UiO-66-NH2,通过控制添加模板剂乙酸的量合成两种不同形貌的材料,并对合成材料进行了一系列表征,确定合成材料的特性。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)来确定合成材料的外貌特征,X-射线衍射(XRD)测定合成材料的XRD图谱并与文献对比,结果表明峰形,出峰位置及相对强度均基本一致,傅里叶变换红外光谱(FT-IR)图标定合成材料的官能团,热重分析实验表明合成材料具有良好的热稳定性,通过测试不同酸度条件下材料的XRD图谱表明合成材料具有良好的水稳定性,通过N2吸附曲线表明合成材料具有较大的比表面积,多孔且孔径均一。  本研究考察了pH值、温度、竞争离子、动力学等因素对合成材料吸附磷酸根和砷酸根的影响。结果表明,不添加乙酸合成的UiO-66-NH2粉末对磷酸根和砷酸根具有优异的选择吸附性能,最大吸附量分别可达110 mg/g和68 mg/g,添加乙酸合成的UiO-66-NH2(HAc)对磷酸根和砷酸根的吸附能力较小。水中共存SO42-、Cl-、NO3-等常见阴离子对磷酸根(砷酸根)吸附基本没有竞争干扰。同时,pH值在强酸性和中性条件有利于磷酸根的吸附,对砷酸根吸附的pH范围也较广,吸附动力学可用伪一级动力学过程表达;红外光谱初探了UiO-66-NH2除磷作用机理可能是基于羟基与磷酸根的配体交换作用。综上表明不添加乙酸合成的UiO-66-NH2在水处理中具有很大的应用前景。
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