功能化金属有机骨架材料在吸附重金属离子方面的应用

摘要

金属有机骨架材料具有大的比表面积，而且能够在去除孔道中的溶剂分子后仍然保持骨架的完整性。因此，MOFs具有许多潜在的特殊性能，在新型功能材料超高纯度分离等新材料开发中有着广泛的应用，给多孔材料科学带来了新的曙光。本文研究了功能化金属有机骨架材料的合成与表征，以及其作为吸附剂吸附分离水溶液中的重金属离子。主要研究内容如下:
　　1、磺化金属有机骨架材料有效去除水溶液中的重金属Cd(Ⅱ)
　　将-SO3H官能团通过先合成修饰，再氧化的方式修饰到已经合成出来的MOF上，将带有磺酸基团的Cu3(BTC)2作为吸附剂吸附去除水溶液镉离子。合成所得的磺酸功能化的MOF，Cu3(BTC)2-SO3H对镉离子的有较好的吸附效果，超越了标杆吸附剂，吸附容量为88.7mg/g。此外，动力学速率常数K2为0.6818 g/mg/min,比现有的从水溶液吸附重金属镉离子吸附剂材料动力学速率常数高出1-3个数量级。此外，它表明镉离子在其他背景金属离子共存的条件下的选择性高，并且可以容易地再生和再循环，而且镉吸附能力没有显著损失。我们的工作从而为功能化的MOFs材料作为一种新型的平台用于从废水中去除重金属镉离子铺平了道路。
　　2、巯基化介孔锆金属有机骨架材料吸附去除水溶液中的重金属Cu(Ⅱ)
　　本实验通过溶剂助合成配体结合技术合成了巯基功能化的介孔锆金属有机骨架材料MOF-545-SH，实验部分对所制备的得吸附剂进行了一系列的表征:傅里叶红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、N2吸附等温线、X射线供电子光谱仪，并将其作为吸附剂吸附去除水溶液中的Cu(Ⅱ)。动力学研究表明，吸附在15 min内达到平衡，且适用于准二级动力学模型。相对于Freundlich吸附模型来说，吸附等温线数据更加适用于Langmuir吸附模型。吸附热力学数据研究表明，吸附实验是自发过程，同时是吸热过程。在最佳条件下，MOF-545-SH对铜离子有较好的吸附效果，吸附容量为42.70mg/g。用0.1 mol/L HC1进行吸附洗脱，在经过连续30的吸附/解吸周期之后，对Cu(Ⅱ)的吸附能力没有发生显著降低。鉴于其高吸附容量、快速吸附效率以及较好的稳定性，功能化介孔锆金属有机骨架材料吸附去除水溶液中的重金属铜离子具有良好的应用前景。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 功能配位聚合物简介

1．2 金属有机骨架材料的历史背景和现状

1．3 金属有机骨架材料的分类

1．4 金属有机骨架材料的结构

1．4．1 金属中心

1．4．2 有机配体

1．5 金属有机骨架材料的特点

1．6 金属有机骨架材料的合成方法

1．6．1 溶剂挥发法

1．6．2 扩散法

1．6．3 水热法

1．7 金属有机骨架材料的应用

1．7．1 气体储存

1．7．2 吸附

1．7．3 催化

1．7．4 发光材料

1．7．5 磁性材料

1．8 本论文的主要研究和创新点

参考文献

第二章 磺化金属有机骨架材料有效去除水溶液中的重金属Cd(Ⅱ)

2．1 实验部分

2．1．1 仪器与试剂

2．1．2 Cu3(BTC)2的合成

2．1．3 Cu3(BTC)2的巯基功能化

2．1．4 Cu3(BTC)2的磺基功能化

2．1．5 吸附过程

2．2 结果与讨论

2．2．1 表征

2．2．2 吸附条件的优化

2．2．3 吸附模型

2．2．4 吸附动力学模型

2．2．5 解吸和重复使用

2．2．6 干扰离子

2．3 本章小结

参考文献

第三章 巯基化介孔锆金属有机骨架材料吸附去除水溶液中的重金属Cu(Ⅱ)

3．1 实验部分

3．1．1 仪器与试剂

3．1．2 H2TCPP的合成

3．1．3 MOF-545的合成

3．1．4 MOF-545的激活

3．1．5 MOF-545的巯基功能化

3．1．6 吸附过程

3．2 结果与讨论

3．2．1 表征

3．2．2 吸附条件的优化

3．2．3 吸附模型

3．2．4 吸附热力学

3．2．5 吸附动力学模型

3．2．6 解吸和重复使用

3．2．7 干扰离子

3．3 本章小结

参考文献

致谢

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