MOFs材料光催化降解有机废水.ppt

MOFs材料光催化降解有机染料废水 汇报人 时间 2014年12月4日 NovelPhotocatalystsfortheDecompositionofOrganicDyesBasedonMetal OrganicFrameworkCompounds 2006 ParthaMahata etal PART1 金属有机骨架化合物光催化降解有机染料 催化剂 Co2 C10H8N2 L2 1 Ni2 C10H8N2 L2 H2O 2 Zn2 C10H8N2 L2 3 L C12H8O COO 2 底物 酸性橙G OG 罗丹明B RhB 雷玛唑亮蓝 RBBR 亚甲基蓝 MB 反应结果 MOFs作为光催化剂对OG RBBR MB的降解性能都要优于传统TiO2光催化剂 三者对染料的降解能力 1 2 3 在紫外可见光照射下 当染料浓度为100ppm 催化剂用量2kg m3 反应时间达到90min后 材料 1 对OG RBBR MB的降解率分别达到90 100 88 反应机理 通过对材料的紫外可见光光谱和固相光致发光研究发现 MOFs之所以具有光催化活性是因为配体向金属的电荷转移作用 电子从配体转移到金属这个过程所需的能量越小 材料的光催化降解染料的性能就越好 而这个能量的大小取决于金属原子的电负性强弱 PART2 表面活性剂 LAS 辅助合成MIL 100 Fe 多级结构纳米晶及其光催化降解性质研究 2 1多级结构MOFs材料文献已大多报道的是微孔MOFs材料体系 微孔材料的孔道比较窄 阻碍了大分子扩散和传质过程 这使得微孔MOFs材料体系的广泛应用受到限制 将表面活性剂分子形成的胶束作为模板即结构调控剂引入到微孔MOFs合成过程中 当移除软模板时 材料中既保留原有的微孔结构又会形成介孔或大孔的结构 采用该方法制备的MOFs材料具有微孔 介孔甚至大孔共存的多级结构 此外 MOFs多级结构中的微介大孔比例分布大小可以通过引入不同结构调控剂的种类进行调整而达到人们预期设想 分子在多级结构材料中的扩散传质过程与在微米尺度晶体中传质是完全不同的 它具有接触面积大 扩散速度快和传质路程短等特点 这些特性促使多级结构材料在分子吸收和分离 催化方面具有巨大的潜在应用价值 2 2多级结构MIL 100 Fe 纳米晶的合成将FeC13 6H20 6mmol 1 5900g LAS 0 2632 3 58mmol 0 2632 3 0047g 置于A烧杯中 加入15m1水充分溶解 搅拌30min H3BTC 9mmol 0 8510g 与15m1水置于B烧杯中混合 再加入HN03 0 25m1 充分搅拌 将A B两烧杯中的溶液混合倒入反应釜中 加入HF 0 5ml 38 40 inwater 决速搅拌 于150 下反应15h 待反应完全后自然冷却至室温 产物过滤 乙醇回流洗 5 200m1 温度为70 回流时间为2h 次 最后 样品在150 下真空干燥过夜 密封保存备用 2 3多级结构MIL 100 Fe 纳米晶的紫外光催化降解实验实验过程略 2 3结果与讨论2 3 1多级结构MIL 100 Fe 纳米晶的合成条件和N2吸脱附曲线 再结合扫描电镜 红外图谱等的测量结果 可知 多级结构纳米晶MIL 100 Fe 随着LAS用量的增加其孔径分布中呈现出了小颗粒堆积而形成的介孔和大孔的多层次结构 2 3 2多级结构MIL 100 Fe 纳米晶对MB的光降解性质研究 1 多级结构MIL 100 Fe 纳米晶对MB的光降解催化效率均大于MIL 100 Fe 微晶 2 多级结构纳米晶MIL 100 Fe 样品A1的光降解催化效果明显高于A4 A5和A6 即样品A1的光降解催化效果最好 a H2O2 MIL 100 Fe 微晶和两者共存时紫外光降解催化MB的曲线图 b H2O2存在条件下 不同LAS用量制各的多级结构MIL 100 Fe 纳米晶与MIL 100 Fe 微品对MB可见光降解催化MB曲线图 PART3 Fe3O4 MIL 100 Fe 磁性核 壳微球的合成及其对次甲基蓝水溶液光催化降解性质研究 3 1新型磁性核壳结构MOFs材料将磁性微球Fe3O4负载于MOFs材料上 不仅具有MOFs材料的各种性能 还具有磁学性双重性能 由于其具有强磁性 所以外加磁性便可以将其与溶液分离 便于循环回收利用 图1核壳磁性微球Fe3O4 MIL 100 Fe 的合成步骤以及在紫外和可见光下光催化降解次甲基蓝 3 2结果与讨论3 2 1Fe3O4 MIL 100 Fe 磁性微球的磁性测试 图3 2400K时 微球的磁滞回线 插图 外磁场作用下产物与溶液的分离 1 使用振动样品磁强计进行了磁性测试 测试结果显示Fe3O4 MIL 100 Fe 磁性微球的磁饱和强度为37 40emug 1 表面样品具有很强的磁性 从左图中也可以清楚的看出 样品的磁滞回线中有一个明显的滞后环 2 将样品放在水溶液中 通过外加磁铁 发现5s后Fe3O4 MIL 100 Fe 样品就可以完全的被磁铁吸引 这也直接形象的表面微球具有良好的磁学性能 3 2 2Fe3O4 MIL 100 Fe 核 壳磁性微球光催化性能的研究 图3 3 a 紫外光下光催化剂对MB的降解曲线图 b 可见光下光催化剂对MB的降解曲线图 Fe3O4 MIL 100 Fe 核 壳磁性微球在光催化降解次甲基蓝方面 1 紫外可见光下优于TiO2 2 可见光下优于C3N4和N TiO2 a b PART4 磁性核壳结构的Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO的制备以及光催化性质的研究 4 1磁性Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO核壳材料以HKUST 1为铜源通过在氮气中直接锻烧得到了纳米级的铜单质 但是为了解决其作为光催化剂回收利用是的困难 引入了磁性的四氧化三铁微球 合成了磁性的MOF材料 然后在不同气氛中锻烧得到了磁性核壳结构的Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO 图4 1磁性核壳结构Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO的制备 4 2磁性Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO核壳材料的光催化性质的研究 图4 2Fe3O4 C Cu粒子在可见光下对不同时间的紫外吸收光谱 随着时间的延长次甲基蓝的吸光度逐渐的变低 在150分钟左右次平基蓝完全的降解了 4 2磁性Fe3O4 C Cu和Fe3O4 CuO核壳材料的光催化性质的研究 图4 3在不同光催化剂下降解MB的降解曲线 光