金属有机骨架材料MIL-101用于气态碘单质的吸附与释放

目的研究金属有机骨架材料MIL-101对气态碘单质的吸附与释放。方法采用水热合成法合成金属有机骨架材料MIL-101,并利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附脱附等温线等表征方法对合成的MIL-101样品进行表征。将制备的金属有机骨架材料MIL-101在75℃环境下对气态碘单质进行吸附,将吸附后的材料于无水乙醇溶液中进行碘单质的释放。结果随着吸附时间的推移,金属有机骨架材料MIL-101对气态碘单质的吸附量逐渐升高,并于8 h逐渐达到饱和吸附量2.61 g(I2)/g(MIL-101)。MIL-101在无水乙醇溶液中随着时间的延长,材料吸附的碘单质渐渐释放出来。结论 MIL-101对气态碘单质在较高温度下有着优异的吸附效果,并表现出良好的循环使用性能,适合用于核电站蒸汽中放射性气态碘的吸附。     

金属有机框架MIL-53(Fe)可见光催化还原水中U(Ⅵ)

U（Ⅵ）是放射性废液中铀的主要存在形式.将可溶的U（Ⅵ）还原为难溶的U（Ⅳ）是治理铀污染的有效方法.以溶剂热法合成了铁基金属有机框架材料MIL-53（Fe）.在表征了材料的结构及光响应特性基础上,开展了MIL-53（Fe）在可见光下催化还原水中U（Ⅵ）的研究.探究了空穴捕获剂种类、空穴捕获剂浓度、反应体系pH及催化剂用量等对U（Ⅵ）光催化还原的影响.结果表明,空穴捕获剂甲酸的加入可有效提高光催化反应的电荷分离效率.当甲酸浓度为1 mmol·L^-1时,400 mg·L^-1的MIL-53（Fe）在可见光下,2 h内对初始浓度为50 mg·L^-1的U（Ⅵ）去除率达到80%;光电子能谱检测结果显示反应中有U（Ⅳ）生成,推测其主要反应机制是甲酸与MIL-53（Fe）的光生空穴反应产生强还原性的·COO^-,将U（Ⅵ）还原为U（Ⅳ）,从而实现对水中U（Ⅵ）的光催化去除.     

新型MIL-100(Fe)基MOFs材料的制备及其对Sr2+的吸附

采用水热法和溶剂热法制备了金属有机骨架材料——MIL-100(Fe)和MIL-100(Fe)-DMA.利用FTIR、XRD、SEM、XPS和N₂吸附/脱附对材料结构进行了表征.通过静态吸附实验,探究了初始Sr²⁺浓度、吸附时间、溶液pH值和不同共存阳离子对材料吸附性能的影响,研究了两种材料对Sr²⁺吸附过程的吸附动力学和吸附等温线模型.表征结果表明:两种材料基本骨架一致,吸附Sr²⁺对材料骨架影响均可忽略;虽然MIL-100(Fe)-DMA比表面积小于MIL-100(Fe),但由于晶粒尺寸小,堆积形成的介孔结构更有利于Sr²⁺的扩散.吸附实验结果表明:随着反应时间和初始Sr²⁺浓度的增加,两种材料对Sr²⁺的吸附量先迅速增大再逐渐达到平衡;随着pH值的增大,两种材料对Sr²⁺的吸附量增大,且碱性条件下吸附效果好;两种材料吸附过程均符合准二级动力学模型、颗粒内扩散模型和Langmuir吸附等温模型;采用三价铁盐作为铁源以及DMA作为有机溶剂可提高MIL-100(Fe)材料对Sr²⁺的吸附效果.     

MIL-53(Fe)金属有机骨架的改性及降解四环素性能研究

论文通过溶剂热法制备MoS₂@MIL-53(Fe)(记为MSMF)金属有机骨架光催化剂,以四环素为目标污染物,研究催化剂不同配比、反应模式、pH和投加量等因素对四环素降解性能的影响,并使用XRD、XPS、SEM、BET、PL表征分析材料性貌。实验结果显示,MoS₂∶MIL-53(Fe)最佳质量比为1∶5(20%MSMF)。在吸附与光催化协同作用下,20%MSMF在400 W紫外光照射50 min四环素去除率为88.57%,而在相同条件下MoS₂和MIL-53(Fe)的去除率仅为41.29%、72.21%。表征结果显示：20%MSMF比表面积是MIL-53(Fe)和MoS₂的1.11和1.92倍;孔容体积是MIL-53(Fe)和MoS₂的3.13、1.56倍;相比MIL-53(Fe)和MoS₂,20%MSMF电子-空穴对分离效率更高。MoS₂的掺杂增强了MIL-53(Fe)的吸附和光催化能力,使其能通过吸附光催化协同反应高效去除四环素。     

金属有机框架材料吸附去除水中有机砷的研究进展

有机砷作为饲料添加剂在家禽养殖中被广泛使用,并伴随着家禽粪便大量进入环境中. 进入环境后有机砷容易被生物降解或(光)化学氧化转化为剧毒的无机砷,危害环境和人体健康. 因此,高效处理有机砷污染受到广泛关注. 金属有机框架(metal organic frameworks, MOFs)材料因其具有孔隙率和比表面积大、孔道尺寸可调、易功能化改性和材料性能可定制等特点,在水体污染物的去除中展现了良好的应用前景. 本文综述了目前MOFs材料作为吸附剂去除水环境中有机砷的最新研究进展,介绍了吸附有机砷MOFs材料的种类、制备方法和吸附性能,总结了MOFs材料吸附有机砷的关键影响因素,并归纳了不同类型MOFs材料吸附的再生方法和稳定性. 最后,指出了当前MOFs存在的技术缺陷及限制工程应用的关键因素,并提出相对应的建议及解决措施.      

应用铁铜双金属有机骨架活化过硫酸盐催化剂去除水中有机污染物的研究

基于MIL-101(Fe)的合成方法,首次采用合成前金属掺杂法制备了双金属有机骨架MIL-101(Fe,Cu)催化剂,并利用X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对催化剂进行表征.同时,以罗丹明B(Rh B)为目标降解物,研究此催化剂催化过硫酸盐降解Rh B的性能,并初步尝试将催化剂应用于邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的催化降解.XRD、FTIR、SEM和EDS等分析结果表明,铜离子的掺杂导致MIL-101(Fe)的结构与形貌发生了改变,提高了对污染物的吸附和催化降解作用.相比MIL-101(Fe),在90 min时MIL-101(Fe,Cu)对Rh B的去除率达到95%,在180 min时对DBP的去除率达到68%.此外,分析了催化剂催化性能提高的原因:配位竞争导致铁离子的不饱和趋向;形貌的变化加强了对污染物的吸附作用.     

铁有机骨架材料对偶氮型阴离子染料的吸附

金属有机骨架材料由于结构可调、可选择性吸附和可再生性等优点成为处理染料废水的新型材料。以常温下合成的铁有机骨架材料作为吸附剂,探索铁有机骨架材料对具有相似结构的阴离子染料吸附性能的影响。结果表明:在酸性条件下,铁有机骨架材料对染料的脱色率更高;并且材料对阴离子染料的吸附量随着染料初始浓度的增大而增大。Langmuir恒温吸附模型可以很好地描述吸附过程,计算得到的饱和吸附量随着染料分子截面积的增加而减小。对吸附机理进行探讨发现:Fe-BDC的电荷中心与阴离子染料之间的静电引力是吸附的主要作用力,染料分子中羟基、氨基等含有孤对电子的官能团与Fe-BDC中铁原子的相互作用也是吸附的重要作用力。     

雌激素多模板分子印迹磁性金属有机骨架复合材料的制备及其吸附性能研究

以6种雌激素为模板分子,磁性金属有机骨架M-MIL-101(Cr)为载体,制备了一种新型分子印迹聚合物（MIPs）复合材料,对水溶液中的雌酮（E1）、雌二醇（E2）、雌三醇（E3）、乙炔雌二醇（EE2）、己烯雌酚（DES）和己烷雌酚（HEX）进行同步选择性吸附分离.同时,采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射仪等对材料进行了表征,并考察了MIPs复合材料对6种雌激素的吸附特性.结果表明,MIPs对6种雌激素的吸附过程遵循准二级动力学模型和Langmuir模型,平衡时间约为30～60 min,温度为298 K时的平衡吸附容量为38.99 mg·g-1.吸附热力学数据显示,吸附过程一个放热的、自发性的过程.材料对双酚A、黄体酮的相对选择性系数在1.52～7.35之间,经过4次吸附-脱附循环后,吸附容量仍能达到原来的93%,表明MIPs复合材料具备良好的选择性与再生性能.     

MIL-101(Fe)的优化制备及其对硝酸盐的吸附机制研究

采用溶剂热法,制备金属有机骨架(MOFs)材料MIL-101(Fe)吸附去除水中的NO₃^-,利用Box-Behnken响应面法对MIL-101(Fe)的合成条件进行了优化,设定FeCl₃投加量、TPA投加量及合成时间3个影响因素,建立了NO₃^-吸附量与各因素之间的二次多项式模型,确定了MIL-101(Fe)的最优合成条件,并利用SEM-EDS、FTIR和BET等方法对吸附材料进行了表征.同时,通过静态吸附实验,探究了MIL-101(Fe)投加量、吸附时间、溶液pH值对材料吸附性能的影响.结果表明,MIL-101(Fe)吸附NO₃^-的最优条件为：MIL-101(Fe)投加量0.2 g,pH=8.0,温度15℃,NO₃^-初始浓度30 mg·L^-1,吸附时间120 min,在此条件下NO₃^-的吸附量为12.12 mg·g^-...     

铁有机骨架材料的快速合成及对阴离子染料的吸附性能

染料废水色度高,难以生化处理,吸附法是有色废水处理的重要方法.采用常温快速合成铁有机骨架材料,通过IR和XRD对合成的材料进行表征;并研究铁有机骨架材料对阴离子染料的吸附性能.结果表明常温快速反应能够合成铁有机骨架材料,材料比表面积和孔体积较高,等电点p H为3.7.铁有机骨架材料在酸性条件下更容易吸附水中的阴离子染料;随染料浓度的增加,材料对染料的吸附量逐渐增大,Langmuir恒温吸附模型可以很好描述该过程,计算的吸附参数表明吸附过程容易进行.材料对染料的吸附为准二级动力学,染料结构会显著影响铁骨架材料吸附过程,络合结构的偶氮染料能够快速达到吸附平衡.     

改性活性炭对水中PFOS的吸附去除研究

分别用FeCl3及中功率微波对煤质和椰壳2种粉末活性炭进行改性.序批式实验研究了活性炭改性前后对全氟辛烷磺酸(PFOS)的吸附特性.结合活性炭改性前后表面化学官能团和孔结构的变化特征,探讨了不同改性方式对PFOS吸附去除的影响效应以及天然有机物中的主要组成成分腐殖酸对PFOS在原炭及改性炭上的竞争吸附效应.结果表明,Fe3+及中功率微波处理对煤质炭和椰壳炭的孔结构和表面性质都有影响,但变化趋势不同.椰壳活性炭经Fe3+及中功率微波改性后对PFOS的吸附量明显提高,而煤质活性炭经改性后对PFOS的吸附量出现下降.改性椰壳活性炭与原炭吸附PFOS达到吸附平衡的时间基本相同,均为6 h左右.在腐殖酸存在下,改性椰壳炭对PFOS的吸附量因竞争吸附而有所下降,但改性炭的吸附量仍明显高于原炭.     

Al(III)对糖浆溶液中有机还原物质还原六价铬的影响

通过批实验研究了Al(III)对糖浆溶液化学还原六价铬反应的影响,揭示了不同条件下Al(III)对六价铬还原反应动力学的影响.结果表明:Al(III)能够促进糖浆溶液还原六价铬反应进行;其作用机制是Al(III)与糖浆溶液中有机还原物质及Cr(VI)反应形成三者的络合物,降低糖浆中多酚等有机还原物质还原Cr(VI)的反应活化能,提高六价铬还原反应速率.Al(III)存在时,该六价铬还原反应符合准一级动力学反应; pH 2.0,2.5,3.0,3.5时,添加Al(III)的实验组中六价铬反应速率常数比对应的空白对照组中反应速率常数分别增加了0.0251,0.0139,0.0058, 0.0048h-1.添加Al(III)前后反应体系中六价铬还原的反应活化能(Eа)分别为66.38,62.80kJ/mol.当糖浆浓度不足时,Al(III)能够提高糖浆溶液还原六价铬的反应去除率.     

Fe2O3/MIL-53(Al)催化类芬顿氧化性能及其作用机制研究

以MIL-53(Al)和铁盐为原料,采用浸渍-焙烧的方法,制备了Fe_2O_3/MIL-53(Al)类芬顿催化剂.通过扫描电子显微镜(SEM)、射透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)及X射线光电子能谱仪(XPS),对Fe_2O_3/MIL-53(Al)、MIL-53(Al)及Fe_2O_3 3种材料的理化性质进行了表征.以亚甲基蓝为相关材料催化类芬顿反应氧化性能的指示剂,考察了Fe_2O_3/MIL-53(Al)、MIL-53(Al)及Fe_2O_3 3种材料催化类芬顿反应的活性.探讨了Fe_2O_3/MIL-53(Al)催化活性强化的相关作用机制.研究结果表明,Fe_2O_3/MIL-53(Al)的物化结构特征是以赤铁矿为主的纳米Fe_2O_3颗粒均匀、离散地分布在MIL-53(Al)之上,纳米Fe_2O_3颗粒尺寸大多集中在1～5 nm.与未负载纳米Fe_2O_3相比,其分散性和颗粒尺寸都展现出潜在优越性.Fe_2O_3/MIL-53(Al)材料催化类芬顿反应降解水溶液中亚甲基蓝的效果是未负载纳米Fe_2O_3的4.8倍(以反应速率常数计),且TOC去除率亦有明显优势.自由基猝灭实验结果表明Fe_2O_3/MIL-53(Al)催化类芬顿降解污染物的主要活性氧类物质为羟基自由基.MIL-53(Al)孔结构发达、孔分布均匀及孔尺寸较小且均一等结构特征,导致负载其中的Fe_2O_3具有孔道负载量大、颗粒分布离散且均匀、颗粒粒径小且均一等特点,从而强化了纳米Fe_2O_3催化类芬顿反应氧化降解水中污染物的性能.     

活性炭对天然水体中甲基对硫磷和三氯乙烯的吸附特性研究

采用序批式试验研究了3种粉末活性炭(PAC)对天然水体中甲基对硫磷(MP)和三氯乙烯(TCE)的吸附平衡特性,利用均相表面扩散模型(HSDM)对不同投炭量下的吸附动力学进行拟合与预测,并探讨了天然有机物(NOM)对MP、TCE在PAC上的竞争吸附效应.研究结果表明,天然水体条件下,3种PAC对MP和TCE的吸附符合Langmuir模型和Freundlich模型;MP比TCE更易于被PAC吸附;3种PAC对MP、TCE的吸附能力由大到小依次为YK炭、SL炭和JC炭;HSDM模型可以很好地对吸附动力学进行拟合,并能够有效地预测不同投炭量时的吸附动力学;天然水体中的NOM会与MP和TCE在PAC上发生竞争吸附,NOM对MP的竞争吸附作用相对TCE更为显著.     

MBR中活性污泥对雌酮E1的吸附性能研究

研究了MBR中灭活污泥对雌酮(El)的吸附行为,考察了污泥浓度、污泥粒径和El初始浓度对E1吸附效果的影响,并探讨了不同污泥组分(悬浮颗粒、胶体和溶解物)对E1的吸附作用贡献.结果表明,在E1初始浓度为l～500μg·L-1,4h左右达到吸附平衡;E1的吸附符合Freundlich吸附模型,呈线性吸附;E1初始浓度越大,吸附速率越小.随着污泥浓度升高,单位污泥对E1的吸附量显著下降,出现了固体浓度效应;而吸附去除率却随着污泥浓度的升高而显著增加,且两者之间呈显著正相关(p＜0.05).活性污泥对E1的单位吸附容量随着污泥粒径增大而减小.污泥中悬浮颗粒、胶体和溶解物的含量分别为87.8％、9.6％和2.6％,吸附平衡时,E1在3种组分中的浓度分别为13.9 μg·g-1、24.1 g·g-1和12.5 μg· g-1,胶体吸附效果最好.不同组分对E1的吸附贡献与其含量正相关,吸附贡献为:悬浮颗粒＞胶体＞溶解物.     

胞外聚合物对活性污泥吸附去除全氟辛烷磺酸（PFOS）的影响

采用活性污泥和去除胞外聚合物(EPS)污泥作为吸附剂,探讨污泥吸附PFOS的机制和EPS在吸附过程中的作用.结果表明,活性污泥和去除EPS污泥吸附PFOS均符合准二级动力学方程,平衡吸附量(q_e)分别为0.46 mg·g~(-1)和0.38 mg·g~(-1),化学吸附占主要作用.吸附等温线可以用Freundlich、Langmuir及Temkin方程拟合.Ca~(2+)和Cu~(2+)通过离子架桥作用促进PFOS在污泥上的吸附.活性污泥吸附去除PFOS的效果明显优于去除EPS后的污泥.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电发射光谱(XPS)分析吸附前后的污泥官能团变化,发现去除了EPS的污泥中羟基、羧基和氨基活性基团减少,而这些基团是PFOS吸附过程中参与反应的主要成分.由此可见污泥EPS中蛋白质含有的羧基和氨基活性基团为PFOS提供了吸附反应位点,EPS在吸附过程中起到至关重要的作用.     

Fractionation of residual Al in natural water treatment from reservoir with poly-aluminum-silicate-chloride (PASiC): Effect of OH/Al, Si/Al molar ratios and initial pH

An aluminum fractionation study was conducted for a surface reservoir water treatment to understand the performance of poly-aluminum-silicate-chloride (PASiC) in terms of the residual Al fractions as a function of initial pH. The coagulation performance expressed as turbidity and organic matter removal was established as supporting data. Some extra data were evaluated in terms of the residual Al ratio of the composite PASiC coagulant. The main residual Al sources were the Al fractions derived from the use of PASiC. The turbidity and organic matter removal ability was optimal at initial pH 6.00-7.00, while the concentrations of various residual Al species and the residual Al ratio of PASiC were minimal at an initial pH range of 7.00-8.00. Under the conditions of OH/Al molar ratio = 2.00 and Si/Al molar ratio = 0.05, PASiC had superior coagulation performance and comparatively low residual Al concentrations. The Al fraction in the composite PASiC coagulant seldom remained under such conditions. Experimental data also indicated that the suspended (filterable) Al fraction was the dominant species, and organic-bound or organo-Al complex Al was considered to be the major species of dissolved Al in water treated by PASiC coagulation. Additionally, the dissolved inorganic monomeric Al species dominated the dissolved monomeric Al fraction.     

铁铜双金属有机骨架MIL-101(Fe,Cu)活化双氧水降解染料性能

针对非均相芬顿传质效率低和Fe(Ⅲ)→Fe(Ⅱ)转化慢导致活性低等问题,采用溶剂热法制备铁铜双金属有机骨架材料[MIL-101(Fe,Cu)],并研究了材料界面性质、催化降解染料(亚甲基蓝)性能以及活化催化机制.结果表明,MIL-101(Fe,Cu)晶体结构完整且呈三维八面体形状;比表面积和平均孔径分别为667.2 m²·g^-1和1.9 nm,可充分暴露反应活性位点.MIL-101(Fe,Cu)在广谱p H范围可活化H₂O₂高效降解亚甲基蓝.当p H=5、反应20 min,MIL-101(Fe,Cu)/H₂O₂对20mg·L^-1亚甲基蓝的去除率为100%,较MIL-101(Fe)/H₂O₂和单独H₂O₂分别提高43.1%和88.9%.自由基猝灭实验与反应前后铁和铜价态变化结果表明,羟基自由基(·OH)是MIL-101(Fe,Cu)/H_2<...     

改性羧甲基纤维素对铀吸附机理的试验研究

对羧甲基纤维素(CMC)进行改性,并将其用于吸附废水中的铀.研究结果表明:在温度为70℃~80℃、单体质量浓度为30%~35%、羧甲基纤维素:丙烯酸(质量比)为10:2.5、反应时间为3.5~4h条件下,CMC改性效果最好;在改性CMC质量浓度为0.10g/L,温度为25℃, pH值为5.0,反应时间60min的条件下,对废水中铀去除率达到了97.1%;改性CMC对溶液中U(VI)的吸附过程符合Freundlich方程,其吸附动力学数据符合准一级方程(R2=0.9618),表明改性CMC的吸附主要是表面吸附;热力学研究表明,改性CMC对铀的吸附吉布斯自由能(ΔG0)0,吸附过程是自发的吸热反应、以物理吸附为主的过程.