基于MIL-53(Fe)构建异相UV/H_(2)O_(2)活化体系高效降解水中四氢呋喃

为克服均相光-芬顿体系中pH范围窄、H_(2)O_(2)活化效率低、Fe^(2+)无法循环使用等缺陷,制备了Fe基MOFs材料MIL-53(Fe)以构建异相H_(2)O_(2)高效活化体系,并通过XRD、XPS以及UV-vis等表征,以探究MIL-53(Fe)/UV/H_(2)O_(2)体系去除THF的性能及机理等.降解实验结果表明MIL-53(Fe)/UV/H_(2)O_(2)体系相比于UV/H_(2)O_(2),降解效率提升了2.4倍,其准一阶降解速率常数(0.0487 min^(-1))是UV/H_(2)O_(2)体系(0.0205 min^(-1))的2.375倍,并在pH≈6.8(原水),H_(2)O_(2)添加量为20 mmol·L^(-1),MIL-53(Fe)投加量为0.1 g·L^(-1)时,降解效果最佳,50 min达到了94.7%;通过LC-MS分析确定了中间产物,提出了可能的THF降解途径,并利用Gaussian软件通过DFT计算作了验证;从OUR、BOD5/COD、AOS(高级氧化态)、COS(碳氧化态)4方面证明了降解前后溶液可生化性由弱到强的提升;结合活性物种淬灭实验、Fe^(3+)、e^(-)蒙蔽实验以及价导带分析提出了潜在的THF降解机理,验证出·OH是THF降解过程中最重要的活性物种,而光生e-是反应速率提升的主要驱动者.

MIL-53(Fe)光催化材料制备及其降解水中盐酸四环素的研究

目的:制备新型光催化材料高效降解水中盐酸四环素。方法:采用溶剂热法制备Fe基MOF材料MIL-53(Fe),利用XRD、FT-IR、XPS、SEM、UV-Vis DRS、BET等方法对材料进行表征,并研究其降解盐酸四环素的光催化活性、影响因素和机理。结果:在可见光下,当降解时间为180 min、盐酸四环素质量浓度为20 mg/L、材料的加入量为0.2 g/L时,盐酸四环素的降解率为98%。结论:研究发现,降解过程中催化剂的加入量和溶液初始pH值均对降解效果有较大影响。催化降解机理研究发现,降解过程中超氧自由基(·O_(2)^(-))起主要作用,空穴(h+)起次要作用,羟基自由基(·OH)无作用。材料的稳定性评价研究发现,5次循环降解后材料稳定性良好。

BiOI/g-C_(3)N_(4)/NH_(2)-MIL-53(Fe)三元异质结光催化剂的合成与性能研究

半导体光催化技术是解决能源危机和环境污染的有效手段。作者采用一步溶剂热法制备了Bi OI/g-C_(3)N_(4)/NH_(2)-MIL-53(Fe)三元异质结催化剂。以X射线衍射、扫描电子显微镜等表征方法对样品进行分析,以双酚S为目标污染物考察了催化剂的光催化性能,以自由基捕获实验得出·OH、h^(+)和·O_(2)^(-)在降解过程中均发挥强氧化作用,并基于催化剂光芬顿性能研究以及半导体能带结构,提出其催化光芬顿反应的可能的机理。

金属有机骨架材料MIL-53(Fe)/C复合材料的制备及其光催化性能

通过溶剂热法合成了含有不同碳材料的MIL-53(Fe)/C复合材料,并且应用XRD、SEM、PL等进行表征。在氙灯光源的照射下,以ρ(罗丹明B)=10 mg/L溶液为污染物评价其光催化性能。结果表明,MIL-53(Fe)/AC复合材料能够抑制光生电子-空穴的复位,MIL-53(Fe)/AC复合材料显示出较好的光催化性能。

MIL-53(Fe)金属有机骨架材料对刚果红的高效吸附

通过水热法制备规则外形的MIL-53(Fe)金属有机骨架材料(MOF),并通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对材料进行表征。以刚果红作为目标物,研究所制得的MOF材料对其的吸附行为。结果表明,MIL-53(Fe)对刚果红的吸附动力学符合准二级动力学,吸附模型符合Langmuir吸附模型。MIL-53(Fe)材料对刚果红的最大吸附量为1 482 mg/g,是可望用于去除染料废水刚果红的高效吸附材料。

MIL-53(Fe)的合成及光催化降解罗丹明B的研究

通过溶剂热合成法,在不同合成条件下合成了MIL-53(Fe),并利用X射线衍射仪(XRD)测定了样品的晶相结构,利用扫描电镜(SEM)观察了样品的形貌及粒径大小,通过紫外可见漫反射(UV-vis)考察了样品的紫外可见光吸收情况,并计算了样品的带隙能。研究了样品对罗丹明B光降解的催化活性。实验结果表明,不同合成条件下合成的样品对罗丹明B的光催化降解效果不同,可以通过对合成条件的调变来控制样品的光催化效果。

金属有机框架MIL-101(Fe)用于增强光催化降解含油污水中的原油

利用溶剂热法合成了一种稳定的金属有机框架(MOF)MIL-101(Fe),并作为一种新型光催化剂提高了油田废水中原油的降解性能。通过对反应条件的优化,确定了以下最佳参数:暗反应时间为30 min,光反应时间为30 min,p H值为5.5,催化剂量为150 mg/L,反应温度为303.15 K。在这些反应条件下,去除率达到了94.73%。本研究是铁基MOFs在油田废水光催化降解中的应用。MIL-101(Fe)在温和的酸性条件下表现出良好的稳定性,并且可以有效地循环利用。这些发现为利用MIL-101(Fe)作为一种很有前途的工业应用材料,通过光催化降解从受油污染的水中去除原油提供了有价值的见解。

自支撑MIL-53(Fe)基复合纳米吸附剂对含Cr(Ⅵ)废水的处理效果研究

采用原位生长法在三聚氰胺海绵(MF)上原位生长MIL-53(Fe),制备了自支撑吸附剂MF@MIL-53(Fe),并将其应用于吸附废水中Cr(Ⅵ)。结果表明,MF@MIL-53(Fe)吸附废水中Cr(Ⅵ)的适宜条件为:吸附剂投加量0.2 g/L、pH=7、初始Cr(Ⅵ)浓度8 mg/L、吸附时间120 min,此时MF@MIL-53(Fe)对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量为38.9 mg/g。MF@MIL-53(Fe)吸附剂循环利用性能良好,5次吸附与解吸附后,平衡吸附量保持率仍在90%以上。

MoS_(2)@2Br-MIL-53(Fe)@g-C_(3)N_(4)三元复合物的制备及光芬顿降解RhB

采用简单的水热法制备了光芬顿催化剂MoS_(2)@2Br-MIL-53(Fe)@g-C_(3)N_(4)。通过XRD、SEM、FT-IR、XPS、EIS、UV-Vis等对其进行表征,研究了MoS_(2)和g-C_(3)N_(4)的引入对2Br-MIL-53(Fe)的晶体结构、形貌、组成及催化活性的影响。探究了H_(2)O_(2)用量、RhB初始浓度、催化剂用量和初始RhB溶液pH对催化性能的影响。结果表明,在H_(2)O_(2)浓度为5 m M,RhB溶液浓度为10 mg/L,催化剂浓度为0.1 g/L以及pH=4的最佳反应条件下,MoS_(2)@2Br-MIL-53(Fe)@g-C_(3)N_(4)在40 min对RhB的降解效率为93.7%。自由基捕获实验表明,RhB降解体系中e-起主要作用,并给出了可能的光芬顿降解RhB的反应机理。

NH_(2)-MIL-53(Fe)/GO的制备及其光催化性能分析综合化学实验设计

依据科研成果设计了复合光催化材料降解有机污染物的综合化学实验。采用简单溶剂热合成法制备了NH_(2)-MIL-53(Fe)/GO复合光催化材料,并对其进行了表征;以罗丹明B(RhB)为目标污染物,考察了复合材料光催化降解性能。结果表明,在可见光照射120 min后,复合光催化材料对RhB的降解率达到91.2%,循环使用5次后,RhB的降解率为78.3%,具有较高的光催化活性和稳定性。该实验利用可见光光催化降解环境中有机污染物,有效扩展了光催化材料的光响应范围。同时,实验内容涉及四大基础化学实验,实现了实验内容的全面融合,满足了综合化学实验要求。

Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe)/rGO的可控制备及其光催化性能研究

金属有机框架材料(MOFs)在气体储存、分离、分子识别、磁性和催化等领域应用广泛,引起了研究者的关注,但MOFs较差的稳定性和导电性在一定程度上限制了其应用。先以铁基有机骨架化合物(MIL-53(Fe))为牺牲模板,通过简单易控的煅烧方式制备出Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe),然后将其与石墨烯进行复合,得到Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe)/还原氧化石墨烯复合材料(Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe)/rGO)。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重分析(TG)和荧光光谱分析(PL)等手段对Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe)/rGO的形貌和结构进行了表征,并探索了其在可见光下的光催化性能。结果表明:在25℃下,可见光光照1h后,0.2g/L Fe_(2)O_(3)/MIL-53(Fe)/rGO可实现对10mg/L亚甲基蓝(MB)的100%降解。该光催化剂制备简单,催化效率高,且重复稳定性较好,具有良好的应用性能。

MIL-53(Fe)/g-C3N4复合材料的制备及其光催化性能

本文采用溶剂热法制备了MIL-53(Fe)与g-C3N4不同质量比(0.80、2.40、4.00)的MIL-53(Fe)/g-C3N4复合材料(分别标记为MIL-53(Fe)/g-C3N4-1、MIL-53(Fe)/g-C3N4-2、MIL-53(Fe)/g-C3N4-3),并采用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪(BET)、荧光光谱(PL)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)对其结构及形貌、吸附特性和光化学特性等进行了表征.在可见光(λ﹥420 nm)的光照条件下,研究了MIL-53(Fe)/g-C3N4复合材料对罗丹明B (rhodamine B,RhB)和小分子农药草甘膦(glyphosate)有机污染物的光催化降解特性,发现MIL-53(Fe)/g-C3N4-2在60 min内对RhB的降解率达到99.73%(k=0.10 min-1),降解速率分别是g-C3N4(k=0.06 min-1)和MIL-53(Fe)(k=0.02 min-1)的1.67倍和5.00倍.同样在可见光照射下,MIL-53(Fe)/g-C3N4-2也可以有效降解草甘膦,在360 min内对草甘膦的降解率为41.47%(k=1.44×10-3 min-1),降解速率约是g-C3N4(k=2.43×10-4 min-1)和MIL-53(Fe)(k=2.39×10-4 min-1)的6.00倍.结果表明,当MIL-53(Fe)与g-C3N4的复合质量比为2.40时,所制备的MIL-53(Fe)/g-C3N4复合材料在可见光下具有最佳的光催化活性,这归因于MIL-53(Fe)和g-C3N4的有效复合,促进了光生电子空穴的分离,还增加了比表面积,提高了光催化活性.结合自由基捕获实验,发现该催化体系降解过程中超氧自由基(·O-2)和空穴(h+)占主导作用.

MIL-53(Fe)/碳纳米管复合材料的半胱氨酸电化学传感器的研究

本文制备了基于MIL-53(Fe)负载碳纳米管复合材料的电化学传感器,并将其应用于半胱氨酸检测。首先通过溶剂热合成法制备了有机金属框架MIL-53(Fe)负载碳纳米管复合物,并采用X-射线衍射分析和扫描电子显微镜对其进行了微观结构表征;然后采用滴涂法制备了可用于半胱氨酸检测的电化学传感器,并使用循环伏安法和计时电流法对其进行了电化学性能研究。结果表明,该电化学传感器对半胱氨酸检测的线性检测范围为20μM~100μM和100μM~800μM,检测限为1.35×10^(-5) mol·L^(-1)(S/N=3),该传感器具有良好的抗干扰能力、重现性、稳定性,可应用于实际食品中半胱氨酸的快速检测。

溶剂效应对Pt/MIL-100(Fe)催化肉桂醛选择性加氢性能的影响

采用绿色环保的方法制备了MIL-100(Fe),通过双溶剂浸渍法将Pt纳米颗粒限域在MIL-100(Fe)的孔笼内部,经过盐酸质子化和甲醛还原制备出具有加氢中心及Lewis酸中心的双功能催化剂Pt/MIL-100(Fe).以肉桂醛选择性加氢为探针反应评价其催化性能,在60℃和1 MPa的最优条件下反应2 h,肉桂醛转化率为88.3%,肉桂醇选择性为84.9%.通过比较Cr,Al和Fe 3种金属中心的Pt/MIL-100催化肉桂醛加氢制肉桂醇及糠醛加氢制糠醇的反应性能发现,Fe中心有利于C=O加氢.重点研究了反应体系中水含量对肉桂醛选择性加氢反应的影响.表征和静态吸附实验结果表明,除去Pt/MIL-100(Fe)孔笼中的游离水有利于肉桂醛在孔道内直接富集,肉桂醛转化率提高;除去金属Fe簇上的络合水有利于肉桂醛C=O基团的吸附,肉桂醇选择性提高.在最优条件下,Pt/MIL-100(Fe)经过5次循环后,催化性能基本不变;X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及低温氮气吸附结果表明反应后催化剂结构仍保持稳定.

酞菁敏化MIL-53(Al)光催化氧化脱硫性能

采用水热法将羧基取代金属酞菁(MTc Pc,M=Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn)负载在金属有机框架MIL-53(Al)表面上,制备了复合材料MTcPc/MIL-53(Al)。通过SEM、XRD、FTIR、UV-Vis吸收光谱和XPS对MTcPc/MIL-53(Al)进行了表征,在常温常压、空气中氧气为氧化剂的条件下,测试其对噻吩/正辛烷为模拟燃油的光催化氧化脱硫性能。结果表明,MTcPc分子以有序晶态形式较均匀地分散在MIL-53(Al)表面上,其平面共轭结构对MIL-53(Al)晶体特定方向的生长具有明显诱导作用。与MTcPc相比,MTcPc/MIL-53(Al)的Q带存在一定程度的红移,扩展了光响应范围。MnTcPc/MIL-53(Al)表现出最佳的光催化脱硫性能,催化反应150 min,噻吩转化率100%,经4次循环后,噻吩转化率为93.01%。MTcPc与MIL-53(Al)之间的π-π堆积作用提高了MTcPc的分散,MIL-53(Al)的呼吸效应促进了噻吩分子和氧分子在MTcPc/MIL-53(Al)表面的强吸附富集作用,有利于活性中间体MIL-53(Al)/MTcPc–^(1)O_(2)的形成,从而提高了氧化脱硫的活性;MTcPc的共轭结构和中心离子的构型也是影响氧化脱硫效率的重要因素。

MIL-100(Fe)光芬顿催化剂的制备与循环使用研究

为解决金属有机框架MIL-100(Fe)粉末在实际工业应用中难以回收重复利用的难题,采用水热法合成了MIL-100(Fe)粉末,利用真空抽滤法将其负载到氧化铝多孔陶瓷片上,制备了MIL-100(Fe)@多孔陶瓷复合材料。利用场发射扫描电子显微镜能谱联用仪(FE-SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)、比表面积分析仪(BET)、紫外可见光分光光度计(UV-VIS)等仪器对MIL-100(Fe)及复合材料的结构与性能进行了表征;以罗丹明B(RhB)溶液模拟染料废水,研究了在MIL-100(Fe)在H_(2)O_(2)反应体系中对染料的光芬顿降解能力。结果表明,MIL-100(Fe)呈现八面体结构,比表面积高达1152.75 m^(2)/g,当反应温度为60℃、H_(2)O_(2)的初始浓度为0.5 g/L、RhB溶液的初始浓度为20 mg/L时,RhB溶液的降解率达到99.26%。MIL-100(Fe)@多孔陶瓷在循环使用5次时,对RhB溶液的降解率仍达到98%以上,循环使用稳定性良好,具有商业化应用前景。

羧甲基纤维素/κ-卡拉胶/MIL-53复合气凝胶对水体中环丙沙星的吸附去除

环丙沙星(CIP)是一种常见氟喹诺酮类抗生素,已广泛应用于人类和动物抗感染类疾病的治疗和预防,但其大部分以原药或代谢产物的形式流入水体环境中,研究CIP的高效去除技术对保障生态环境和人类健康具有重要意义.本研究分别利用羧甲基纤维素(CMC)和CMC/κ-卡拉胶(κ-CG)气凝胶为载体,原位负载一种常见金属有机框架材料MIL-53,制备CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶,并研究复合气凝胶对CIP的吸附效果和吸附机理.相比于CMC和CMC/κ-CG气凝胶,CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶不仅吸附量得以提高,其耐碱性及抗盐性均得到有效改善,在pH 4.0—9.0范围内和高盐浓度下对CIP均保持较好的吸附效果.CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶对CIP的吸附均为单分子层的化学吸附过程,在中性条件下的理论最大吸附量分别为1.105 mmol·g^(-1)和1.464 mmol·g^(-1).结合表观吸附性能结果和吸附前后的FTIR和XPS光谱特征分析得出,CMC/MIL-53和CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶对CIP的高效吸附是氢键、静电吸附、π—π电子供体—受体相互作用和络合作用等多重作用的结果.在中性和碱性条件下,Fe^(3+)离子浸出量低于世界卫生组织规定的浓度阈值,较好地解决了原粉末状MIL-53在实际水体中易流失难回收的问题.相比于CMC/MIL-53,CMC/κ-CG/MIL-53复合气凝胶对水体中CIP具有更佳的吸附去除性能,有着更为优良的应用潜力.

静电纺制备PAN/MIL-53(Fe)/纤维素口罩过滤层

针对防护口罩过滤效率差和易积聚水汽的问题,以聚丙烯腈(PAN)为基体、金属有机骨架材料MIL-53(Fe)和纤维素为吸附剂,通过静电纺丝工艺制备了可高效过滤颗粒物、吸湿透气的口罩过滤层。使用扫描电镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪、红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、热重分析仪和孔径测试仪分析了静电纺口罩过滤层的形貌、成分、结构、化学键合状态、热稳定性和孔径分布,并测定了用此过滤层制备口罩的拉伸性能、吸气阻力、呼气阻力、过滤效率及水汽吸收性能,检验了静电纺口罩实际佩戴效果并进行了改进。结果表明:在聚丙烯腈基体中添加MIL-53(Fe)和纤维素能够显著增强口罩过滤层截留颗粒物和吸收水汽的能力;口罩过滤层面密度对吸气、呼气阻力影响较大;随着过滤层面密度的减小,过滤效率虽略有下降,但吸气、呼气效果明显改善。以静电纺PAN/MIL-53(Fe)/纤维素作为过滤层的口罩有望用于高风险病毒或高浓度粉尘等工作场所。

MIL-53(Fe)/Bi_(2)MoO_(6)耦合过单硫酸盐降解酸性橙7

采用溶剂热法成功合成了MIL-53(Fe)/Bi_(2)MoO_(6)光催化剂,通过XRD、SEM和FTIR对光催化剂的晶体结构和形貌进行分析。在光照射条件下,研究了MIL-53(Fe)/Bi_(2)MoO_(6)耦合过单硫酸盐(PMS)降解水中酸性橙7(AO7)的效果。结果表明,当AO7初始浓度为10 mg/L、PMS浓度为1 mmol/L、催化剂投加量为0.2 g/L、pH为7.6时,光照60 min后AO7降解率达99%。自由基淬灭实验证明,光/0.1 MIL-53(Fe)/Bi_(2)MoO_(6)/PMS体系中主要活性物种是^(1)O_(2)。本研究可为探索新型非均相催化剂协同PMS降解染料废水提供应用参考。

金属有机框架材料MIL-53 (Fe)低温脱除COS和CS_(2)

采用水热合成法制备了金属有机框架材料MIL-53(Fe),并通过X射线衍射、扫描电镜和热重分析验证其结构特征.利用固定床实验装置和气相色谱测定MIL-53(Fe)在温度相对较低(60℃)的条件下对COS和CS_(2)的脱除情况,并探讨了MIL-53(Fe)不同水热合成温度对COS和CS_(2)脱除效果的影响.结果表明,水热合成温度为150℃时脱除效果最好,COS脱除效率最高为92.64%,CS_(2)脱除效率最高为100%;BET结果表明,水热合成温度过高或过低都会影响材料的热稳定性和有机框架的形成,造成比表面积和总孔容下降,从而影响脱硫效率.