【摘 要】
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金属-有机骨架衍生炭(MOF-C)是近年来开发的一类新型炭材料,由于其种类多样、易于掺杂元素等优势,受到广泛关注。磁性炭能通过本身磁性回收,在吸附、催化领域具有巨大的应用潜力,但磁性炭目前还存在磁性物质在炭材料中难均匀分布、易聚集以及比表面积不高等问题。本文以含磁性金属的金属-有机骨架为前驱体制备磁性物质均匀分布、比表面积较大的磁性MOF-C,探究炭化温度、时间对MOF-C的影响,并以MOF-C做
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金属-有机骨架衍生炭(MOF-C)是近年来开发的一类新型炭材料,由于其种类多样、易于掺杂元素等优势,受到广泛关注。磁性炭能通过本身磁性回收,在吸附、催化领域具有巨大的应用潜力,但磁性炭目前还存在磁性物质在炭材料中难均匀分布、易聚集以及比表面积不高等问题。本文以含磁性金属的金属-有机骨架为前驱体制备磁性物质均匀分布、比表面积较大的磁性MOF-C,探究炭化温度、时间对MOF-C的影响,并以MOF-C做为吸附剂去除水中染料,研究其吸附机理。主要包括以下内容:以硝酸钴、硝酸镍、硝酸锌为金属盐,1,4-对苯二甲酸、1,3,5-均苯三甲酸为配体,NN-二甲基甲酰胺为溶剂,采用溶剂热法合成Co-MOF、Ni-MOF、Zn-MOF。将MOF在氮气气氛,450~950℃下炭化30~240 min得到MOF-C材料。Co-MOF-C、Ni-MOF-C最大比表面积分别为195、162 m2/g,饱和磁性强度分别达68.71、32.27 emu/g。通过EDS表征发现MOF-C中磁性物质分布均匀,未发生团聚现象。炭化温度从750℃升至950℃时,Zn-MOF-C的比表面积可从205.02 m2/g提高到567.27 m2/g。将Co-MOF、Ni-MOF加入溶有硝酸锌、1,4-对苯二甲酸的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,通过溶剂热法合成Co-Zn-MOF、Ni-Zn-MOF。随后将MOF在氮气气氛,450~950℃下炭化30~240 min得到MOF-C材料。Co-Zn-MOF-C、Ni-Zn-MOF-C最大比表面积分别达1093.74、808.26 m2/g,相较于Co-MOF-C、Ni-MOF-C分别提高了4.5和3倍,通过EDS可知磁性物质均匀分布,饱和磁性强度分别为7.71和4.15emu/g。以磁性MOF-C为吸附剂,罗丹明B和亚甲基蓝为吸附染料,研究pH、初始浓度、吸附时间、温度等因素对磁性MOF-C吸附染料性能的影响,并通过拟合吸附等温、吸附动力学、吸附热力学模型探究MOF-C吸附染料机理。研究结果表明MOF-C对罗丹明B、亚甲基蓝的吸附等温式符合Langmuir吸附等温模型,吸附动力学符合准二阶动力学模型,说明MOF-C吸附染料是均匀的单层吸附,主要通过吸附剂与染料之间电子转移或者共享实现。并且在热力学模型中(?)H、(?)S值为正,大部分(?)G值为负,说明吸附过程为吸热反应,吸附过程是自发的。其中,Co-Zn-MOF-C-950℃-180min具有最强的吸附性能,对罗丹明B和亚甲基蓝的饱和吸附量分别达到347、780 mg/g,经过五次循环吸/脱附实验后,对罗丹明B和亚甲基蓝的吸附量下降约30、23%,具有较好的循环吸附能力。
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