金属__有机骨架论文：纳米孔洞金属—有机骨架的选择性吸附和催化性质的研究.doc

金属- 有机骨架论文:纳米孔洞金属—有机骨架的选择性吸附与催化性质研究【中文摘要】目前, 纳米孔洞金属- 有机骨架(MOFs) 材料在异相催化, 选择性吸附、气体分离与存储、光学、电学、磁学等方面展现了广阔的应用前景。近年来有关纳米孔洞金属- 有机骨架材料应用开发的文章大量被报道, 但将其应用在工业染料处理方面的研究还比较少。本论文将纳米孔洞金属- 有机骨架材料的吸附和催化性质用于有机染料污染物的催化降解, 经吸附和催化降解产物无污染。传统的去除工业染料的方法通常治标不治本, 它们只能将这些有机物质从污水中转移到另外一种物种中, 容易引起二次污染。而使用纳米孔洞金属- 有机骨架材料对有机染料的去除具有彻底性。因此, 使用纳米孔洞金属- 有机骨架处理工业有机染料污染明显的优越性。本论文的主要研究内容如下: 1 、研究了 MIL-53(M)(M=Al, Cr, Fe) 在不同溶剂里对甲基橙(MO) 的吸附性质。实验过程中考察了不同溶剂对 MIL-53(M) 对 MO 吸附量的影响, 同时考察了和 MIL-53(Fe) 结构相似的 MIL-53(M)(M=Al, Cr) 对 MO 吸附的影响, 对比了不同溶剂对 MIL-53(M)(M=Al, Cr) 吸附 MO 吸附量的影响。研究发现, 该吸附过程遵循二级动力学模型, 基于所建立的二级动力学模型, 计算出了吸附动力学反应常数 k、相关系数 R 和平衡吸附量 qe。通过对比不同溶剂中 MIL-53 吸附甲基橙的影响发现: MIL-53 不仅在吸附、分离方面有着巨大的应用价值, 在选择性催化方面也有着巨大的潜在价值。 2、以纳米孔洞金属- 有机骨架材料 n(M=CuII, CoII, NiII, BTC= 均苯三酸) 为催化剂, 以过氧化氢为氧化剂, 在超声条件下, 降解工业染料亚甲基蓝(MB), 并对其超声降解机理进行研究;以具有介孔尺寸的纳米孔洞金属- 有机骨架材料 n(M=CuII, CoII, NiII) 为催化剂, 过氧化氢为氧化剂, 研究其超声降解亚甲基蓝的动力学行为, 考察了具有不同孔洞尺寸的金属- 有机骨架催化剂、氧化剂过氧化氢浓度、超声功率、染料浓度对超声降解亚甲基蓝的影响, 研究结果表明, 该超声降解反应遵循一级动力学模型, 随着氧化剂过氧化氢浓度的增加以及超声功率的提高, 该准一级反应速率常数 k 也会随之增大。根据实验结果, 讨论了超声降解 MB 的反应动力学机理, 建立了超声降解的动力学模型。基于所建立的动力学模型和准一级反应速率常数 k, 计算出了超声降解 MB 的表观一级速率常数 K。3 、考察了 MIL-53(M)(M=Al, Cr, Fe) 光催化降解染料亚甲基蓝(MB) 的光催化性质。 MOFs MIL-53 是坚实的三维多孔结构, 这种多孔结构是由无数的无机链组成, 孔的节点是以金属 M=Al, Cr, Fe, Ga, In, V 为中心, 对苯二甲酸做配体的八面体结构。就像 Ti02 半导体, 它的导带是由空的 3d 轨道组成,而 MOFs 包含的过渡金属作为结构节点形成半导体, 因此, 空的金属 d 轨道与有机配体的 LUMOs 杂化进而形成导带。因此,MOFs 是也是一种活泼的光催化剂。目前,MIL-53 是在分离气体,如 CO2, CH4, H2S 和多数有机物质