Fe3O4/MOFs复合材料的制备及其吸附性能的研究

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金属-有机骨架材料(MOFs)是具有较高的比表面积、较大且可调的孔隙率、结构组成多样性以及开放的金属位点的结晶多孔固体,在环境处理方面有着广泛的应用。但由于不稳定的金属-配体键,MOFs的应用受到限制。最新的研究方向是将MOFs和各种功能性纳米材料进行复合,磁性/金属-有机骨架材料(MMOFs)就是在这种情况下出现的。磁性材料(铁、钴、镍及其合金)和金属-有机骨架材料复合生成的磁性/金属-有机骨架材料,不仅具有MOFs的优点,还可以通过外加磁场加以回收利用,操作简单,符合绿色环保的理念。本论文研究的是磁性Fe3O4/MOFs复合材料的制备及其吸附性能。Fe3O4分别与NH2-MIL-125(Ti)、ZIF-67(Co)和SiO2/MIL-100(Fe)复合,探讨了复合机理,研究了所得产物对水溶液中有机染料(亚甲基蓝、孔雀石绿和罗丹明比)的吸附或者催化降解能力。具体内容如下:1.利用正辛烷的憎水性,将Fe3+/Fe2+的混合溶液浸透到NH2-MIL-125(Ti)的孔结构中,通过氨水使Fe2+/Fe3+发生共沉淀,合成Fe3O4颗粒,制备出Fe3O4/NH2-MIL-125(Ti)复合材料,并进行了一系列的表征。研究了该复合材料对有机染料亚甲基蓝的吸附能力。结果表明,复合材料对亚甲基蓝具有很好的吸附能力,初始吸附速度达到了312.5 mg g-1min-1,最大吸附量为250.45 mg g-1,并具有良好的循环吸附能力。2.通过水热法制备出了带有羟基基团的磁性Fe3O4超粒子,羟基基团和金属离子具有很好的亲和力。因此,将Fe3O4超粒子加入到ZIF-67(Co)的前驱体溶液六水合硝酸钴中,Fe3O4表面的羟基基团可以和Co2+充分键合,使Fe3O4表面带有大量的Co2+,再与有机配体二甲基咪唑自组装,通过在室温下简单混合、搅拌的方法,制备出以Fe3O4为核心的ZIF-67(Co)复合材料,并进行了一系列的表征。研究了该复合材料对有机染料孔雀石绿的吸附能力。结果表明,复合材料对孔雀石绿的吸附能力受温度影响很大,pH值和盐离子浓度对复合材料的吸附能力影响较小;在35℃下,复合材料对孔雀石绿的最大吸附量达到了7000 mg g-1,远远高于其他吸附剂的吸附量,也远远高于纯的ZIF-67(Co)材料,并且具有良好的循环吸附能力。Fe3O4/ZIF-67(Co)复合材料的简单制备为其工业化生产提供了有利条件。3.在外加磁场的作用下,使单分散的Fe3O4球形颗粒有序排列,并在二氧化硅的包覆下成链,制备出了磁性Fe3O4/SiO2纳米链,然后将其浸泡在硫代乙醇酸的乙醇溶液中,使其表面带有大量的羟基基团,最后通过层层自组装的方法,制备出三级结构的磁性Fe3O4/SiO2/MIL-100(Fe)纳米链,并进行了一系列的表征。通过降解罗丹明比来研究纳米链的光催化活性。结果表明Fe3O4/SiO2/MIL-100(Fe)纳米链具有良好的光催化性能。
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