新型MOFs对于水溶液中金属离子吸附、分离及检测的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:panda_chris
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废水中含多种有毒有害的物质,其中金属离子对人体和生态系统产生了极大的危害。因此,分离去除这些金属离子成为目前关注的热点之一。作为一种新型的多孔纳米材料,金属一有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)具有独特的孔构造,高的比表面积、孔隙率等性能。已经在气相吸附与分离、液相吸附与分离、催化、生物医药、荧光、磁性、电化学等领域受到广泛的关注,但在金属离子吸附分离研究方面十分缺乏。本工作首先以Cu2+, Ni2+为探讨对象,研究了水稳定的MOFs对水中金属离子吸附分离的能力,筛选出了具有最好吸附性能的MOFs,并系统研究了多种因素对其吸附分离性能的影响。其次,以水稳定MOFs和水溶性量子点为基础,研究关于金属离子荧光探针的制备,主要内容如下:1、本工作通过孔尺寸和基团改性两方面具体研究了水稳定MOFs对Cu2+/Ni2+吸附分离能力的影响。采取溶剂热合成法,制备了UiO-66(Zr)、 UiO-66(Zr)-Br、UiO-66(Zr)-NH2、UiO-66(Zr)-NH-(CH22-SO3H、 UiO-66(Zr)-COOH、UiO-66(Zr)-2COOH、Zr-FUM、Zr-2、6NDC、UiO-67共九种水稳定性较好的MOFs,并对处理过的MOFs进行了粉末X射线衍射、77 K下的N2吸附-脱附等温线、热重分析的实验表征。2、本工作进一步利用等离子电感耦合光谱仪(Inductively Coupled Plasma, ICP),通过对上述材料研究,证明了MOFs的孔尺寸对于金属离子吸附影响较小,而功能化基团对于MOFs吸附Cu2+/Ni2+有较大的影响,筛选出吸附效果最好的UiO-66(Zr)-2COOH。因为相邻两羧基独特的螯合作用和姜-泰勒效应的影响,使得在水溶液中重金属初始浓度为50mg L-1时,UiO-66(Zr)-2COOH的选择分离性能(26.96)比已报道文献更高,吸附分离过程在60min左右达平衡且符合拟二级动力学模型。再生的材料稳定性能良好且对Cu2+/Ni2+依然具有很好的分离性能。因此,UiO-66(Zr)-2COOH可用作金属离子分离的回收吸附剂。3、在检测方面,我们利用了水溶法,成功制备出量子点与水稳定的ZIF-8、UiO-66(Zr)、UiO-66(Zr)-2COOH的复合材料,并对QDs/ZIF-8的应用进行了初步研究,发现对于Hg2+的检测效果较好。为量子点与MOFs复合材料的研究提供了一个可行的途径。
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