MOFs材料光催化降解有機(jī)廢水.ppt

MOFs材料光催化降解有機(jī)染料廢水 匯報(bào)人 時(shí)間 2014年12月4日 NovelPhotocatalystsfortheDecompositionofOrganicDyesBasedonMetal OrganicFrameworkCompounds 2006 ParthaMahata etal PART1 金屬有機(jī)骨架化合物光催化降解有機(jī)染料 催化劑 Co2 C10H8N2 L2 1 Ni2 C10H8N2 L2 H2O 2 Zn2 C10H8N2 L2 3 L C12H8O COO 2 底物 酸性橙G OG 羅丹明B RhB 雷瑪唑亮藍(lán) RBBR 亞甲基藍(lán) MB 反應(yīng)結(jié)果 MOFs作為光催化劑對(duì)OG RBBR MB的降解性能都要優(yōu)于傳統(tǒng)TiO2光催化劑 三者對(duì)染料的降解能力 1 2 3 在紫外可見(jiàn)光照射下 當(dāng)染料濃度為100ppm 催化劑用量2kg m3 反應(yīng)時(shí)間達(dá)到90min后 材料 1 對(duì)OG RBBR MB的降解率分別達(dá)到90 100 88 反應(yīng)機(jī)理 通過(guò)對(duì)材料的紫外可見(jiàn)光光譜和固相光致發(fā)光研究發(fā)現(xiàn) MOFs之所以具有光催化活性是因?yàn)榕潴w向金屬的電荷轉(zhuǎn)移作用 電子從配體轉(zhuǎn)移到金屬這個(gè)過(guò)程所需的能量越小 材料的光催化降解染料的性能就越好 而這個(gè)能量的大小取決于金屬原子的電負(fù)性強(qiáng)弱 PART2 表面活性劑 LAS 輔助合成MIL 100 Fe 多級(jí)結(jié)構(gòu)納米晶及其光催化降解性質(zhì)研究 2 1多級(jí)結(jié)構(gòu)MOFs材料文獻(xiàn)已大多報(bào)道的是微孔MOFs材料體系 微孔材料的孔道比較窄 阻礙了大分子擴(kuò)散和傳質(zhì)過(guò)程 這使得微孔MOFs材料體系的廣泛應(yīng)用受到限制 將表面活性劑分子形成的膠束作為模板即結(jié)構(gòu)調(diào)控劑引入到微孔MOFs合成過(guò)程中 當(dāng)移除軟模板時(shí) 材料中既保留原有的微孔結(jié)構(gòu)又會(huì)形成介孔或大孔的結(jié)構(gòu) 采用該方法制備的MOFs材料具有微孔 介孔甚至大孔共存的多級(jí)結(jié)構(gòu) 此外 MOFs多級(jí)結(jié)構(gòu)中的微介大孔比例分布大小可以通過(guò)引入不同結(jié)構(gòu)調(diào)控劑的種類(lèi)進(jìn)行調(diào)整而達(dá)到人們預(yù)期設(shè)想 分子在多級(jí)結(jié)構(gòu)材料中的擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程與在微米尺度晶體中傳質(zhì)是完全不同的 它具有接觸面積大 擴(kuò)散速度快和傳質(zhì)路程短等特點(diǎn) 這些特性促使多級(jí)結(jié)構(gòu)材料在分子吸收和分離 催化方面具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值 2 2多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL 100 Fe 納米晶的合成將FeC13 6H20 6mmol 1 5900g LAS 0 2632 3 58mmol 0 2632 3 0047g 置于A燒杯中 加入15m1水充分溶解 攪拌30min H3BTC 9mmol 0 8510g 與15m1水置于B燒杯中混合 再加入HN03 0 25m1 充分?jǐn)嚢?將A B兩燒杯中的溶液混合倒入反應(yīng)釜中 加入HF 0 5ml 38 40 inwater 決速攪拌 于150 下反應(yīng)15h 待反應(yīng)完全后自然冷卻至室溫 產(chǎn)物過(guò)濾 乙醇回流洗 5 200m1 溫度為70 回流時(shí)間為2h 次 最后 樣品在150 下真空干燥過(guò)夜 密封保存?zhèn)溆?2 3多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL 100 Fe 納米晶的紫外光催化降解實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程略 2 3結(jié)果與討論2 3 1多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL 100 Fe 納米晶的合成條件和N2吸脫附曲線 再結(jié)合掃描電鏡 紅外圖譜等的測(cè)量結(jié)果 可知 多級(jí)結(jié)構(gòu)納米晶MIL 100 Fe 隨著LAS用量的增加其孔徑分布中呈現(xiàn)出了小顆粒堆積而形成的介孔和大孔的多層次結(jié)構(gòu) 2 3 2多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL 100 Fe 納米晶對(duì)MB的光降解性質(zhì)研究 1 多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL 100 Fe 納米晶對(duì)MB的光降解催化效率均大于MIL 100 Fe 微晶 2 多級(jí)結(jié)構(gòu)納米晶MIL 100 Fe 樣品A1的光降解催化效果明顯高于A4 A5和A6 即樣品A1的光降解催化效果最好 a H2O2 MIL 100 Fe 微晶和兩者共存時(shí)紫外光降解催化MB的曲線圖 b H2O2存在條件下 不同LAS用量制各的多級(jí)結(jié)構(gòu)MIL 100 Fe 納米晶與MIL 100 Fe 微品對(duì)MB可見(jiàn)光降解催化MB曲線圖 PART3 Fe3O4 MIL 100 Fe 磁性核 殼微球的合成及其對(duì)次甲基藍(lán)水溶液光催化降解性質(zhì)研究 3 1新型磁性核殼結(jié)構(gòu)MOFs材料將磁性微球Fe3O4負(fù)載于MOFs材料上 不僅具有MOFs材料的各種性能 還具有磁學(xué)性雙重性能 由于其具有強(qiáng)磁性 所以外加磁性便可以將其與溶液分離 便于循環(huán)回收利用 圖1核殼磁性微球Fe3O4 MIL 100 Fe 的合成步驟以及在紫外和可見(jiàn)光下光催化降解次甲基藍(lán) 3 2結(jié)果與討論3 2 1Fe3O4 MIL 100 Fe 磁性微球的磁性測(cè)試 圖3 2400K時(shí) 微球的磁滯回線 插圖 外磁場(chǎng)作用下產(chǎn)物與溶液的分離 1 使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)進(jìn)行了磁性測(cè)試 測(cè)試結(jié)果顯示Fe3O4 MIL 100 Fe 磁性微球的磁飽和強(qiáng)度為37 40emug 1 表面樣品具有很強(qiáng)的磁性 從左圖中也可以清楚的看出 樣品的磁滯回線中有一個(gè)明顯的滯后環(huán) 2 將樣品放在水溶液中 通過(guò)外加磁鐵 發(fā)現(xiàn)5s后Fe3O4 MIL 100 Fe 樣品就可以完全的被磁鐵吸引 這也直接形象的表面微球具有良好的磁學(xué)性能 3 2 2Fe3O4 MIL 100 Fe 核 殼磁性微球光催化性能的研究 圖3 3 a 紫外光下光催化劑對(duì)MB的降解曲線圖 b 可見(jiàn)光下光催化劑對(duì)MB的降解曲線圖 Fe3O4 MIL 100 Fe 核 殼磁性微球在光催化降解次甲基藍(lán)方面 1 紫外可見(jiàn)光下優(yōu)于TiO2 2 可見(jiàn)光下優(yōu)于C3N4和N TiO2 a b PART4 磁性核殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO的制備以及光催化性質(zhì)的研究 4 1磁性Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO核殼材料以HKUST 1為銅源通過(guò)在氮?dú)庵兄苯渝憻玫搅思{米級(jí)的銅單質(zhì) 但是為了解決其作為光催化劑回收利用是的困難 引入了磁性的四氧化三鐵微球 合成了磁性的MOF材料 然后在不同氣氛中鍛燒得到了磁性核殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO 圖4 1磁性核殼結(jié)構(gòu)Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO的制備 4 2磁性Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO核殼材料的光催化性質(zhì)的研究 圖4 2Fe3O4 C Cu粒子在可見(jiàn)光下對(duì)不同時(shí)間的紫外吸收光譜 隨著時(shí)間的延長(zhǎng)次甲基藍(lán)的吸光度逐漸的變低 在150分鐘左右次平基藍(lán)完全的降解了 4 2磁性Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO核殼材料的光催化性質(zhì)的研究 圖4 3在不同光催化劑下降解MB的降解曲線 光