MOFs材料光催化降解有機廢水.ppt

MOFs材料光催化降解有機染料廢水 匯報人 時間 2014年12月4日 NovelPhotocatalystsfortheDecompositionofOrganicDyesBasedonMetal OrganicFrameworkCompounds 2006 ParthaMahata etal PART1 金屬有機骨架化合物光催化降解有機染料 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 RBBR 亞甲基藍 MB 反應結果 MOFs作為光催化劑對OG RBBR MB的降解性能都要優(yōu)于傳統(tǒng)TiO2光催化劑 三者對染料的降解能力 1 2 3 在紫外可見光照射下 當染料濃度為100ppm 催化劑用量2kg m3 反應時間達到90min后 材料 1 對OG RBBR MB的降解率分別達到90 100 88 反應機理 通過對材料的紫外可見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為配體向金屬的電荷轉移作用 電子從配體轉移到金屬這個過程所需的能量越小 材料的光催化降解染料的性能就越好 而這個能量的大小取決于金屬原子的電負性強弱 PART2 表面活性劑 LAS 輔助合成MIL 100 Fe 多級結構納米晶及其光催化降解性質研究 2 1多級結構MOFs材料文獻已大多報道的是微孔MOFs材料體系 微孔材料的孔道比較窄 阻礙了大分子擴散和傳質過程 這使得微孔MOFs材料體系的廣泛應用受到限制 將表面活性劑分子形成的膠束作為模板即結構調控劑引入到微孔MOFs合成過程中 當移除軟模板時 材料中既保留原有的微孔結構又會形成介孔或大孔的結構 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結構 此外 MOFs多級結構中的微介大孔比例分布大小可以通過引入不同結構調控劑的種類進行調整而達到人們預期設想 分子在多級結構材料中的擴散傳質過程與在微米尺度晶體中傳質是完全不同的 它具有接觸面積大 擴散速度快和傳質路程短等特點 這些特性促使多級結構材料在分子吸收和分離 催化方面具有巨大的潛在應用價值 2 2多級結構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 充分攪拌 將A B兩燒杯中的溶液混合倒入反應釜中 加入HF 0 5ml 38 40 inwater 決速攪拌 于150 下反應15h 待反應完全后自然冷卻至室溫 產物過濾 乙醇回流洗 5 200m1 溫度為70 回流時間為2h 次 最后 樣品在150 下真空干燥過夜 密封保存?zhèn)溆?2 3多級結構MIL 100 Fe 納米晶的紫外光催化降解實驗實驗過程略 2 3結果與討論2 3 1多級結構MIL 100 Fe 納米晶的合成條件和N2吸脫附曲線 再結合掃描電鏡 紅外圖譜等的測量結果 可知 多級結構納米晶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構 2 3 2多級結構MIL 100 Fe 納米晶對MB的光降解性質研究 1 多級結構MIL 100 Fe 納米晶對MB的光降解催化效率均大于MIL 100 Fe 微晶 2 多級結構納米晶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用量制各的多級結構MIL 100 Fe 納米晶與MIL 100 Fe 微品對MB可見光降解催化MB曲線圖 PART3 Fe3O4 MIL 100 Fe 磁性核 殼微球的合成及其對次甲基藍水溶液光催化降解性質研究 3 1新型磁性核殼結構MOFs材料將磁性微球Fe3O4負載于MOFs材料上 不僅具有MOFs材料的各種性能 還具有磁學性雙重性能 由于其具有強磁性 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光下光催化降解次甲基藍 3 2結果與討論3 2 1Fe3O4 MIL 100 Fe 磁性微球的磁性測試 圖3 2400K時 微球的磁滯回線 插圖 外磁場作用下產物與溶液的分離 1 使用振動樣品磁強計進行了磁性測試 測試結果顯示Fe3O4 MIL 100 Fe 磁性微球的磁飽和強度為37 40emug 1 表面樣品具有很強的磁性 從左圖中也可以清楚的看出 樣品的磁滯回線中有一個明顯的滯后環(huán) 2 將樣品放在水溶液中 通過外加磁鐵 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MB的降解曲線圖 b 可見光下光催化劑對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方面 1 紫外可見光下優(yōu)于TiO2 2 可見光下優(yōu)于C3N4和N TiO2 a b PART4 磁性核殼結構的Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO的制備以及光催化性質的研究 4 1磁性Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO核殼材料以HKUST 1為銅源通過在氮氣中直接鍛燒得到了納米級的銅單質 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構的Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO 圖4 1磁性核殼結構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的研究 圖4 2Fe3O4 C Cu粒子在可見光下對不同時間的紫外吸收光譜 隨著時間的延長次甲基藍的吸光度逐漸的變低 在150分鐘左右次平基藍完全的降解了 4 2磁性Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO核殼材料的光催化性質的研究 圖4 3在不同光催化劑下降解MB的降解曲線 光