铁基MOF复合材料的制备及其光催化降解RhB的研究
染料废水的排放不仅对生态环境造成破坏，还对人类健康造成了威胁,高效降解染料废水备受关注。由于光催化氧化法具有反应条件温和、氧化能力强、处理范围广等优点，是一种具有广泛应用前景的染料降解方法。半导体材料和金属有机骨架(MOF)材料在光照下能产生强氧化性物质，是光催化剂的主要选择;其中铁基MOF(Fe-MOF)因其成本低廉、环境友好以及独特的理化特性备受青睐，但其对可见光吸收系数较弱，阻碍了其在光催化领域中的应用。本文通过Fe-MOF与聚合物载体或半导体材料复合，构建并制备了两种新型复合光催化材料NH2-MIL-68(InαFe1-α)/PAA和BiOBr/NH2-Fe-MOF,研究其结构、形貌、元素组成和光电化学性质，考察其对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能，阐释降解机理。论文主要内容如下: (1)采用高内相乳液模板法制备了球形载体材料聚丙烯酸酯微球(PAA),再利用浸渍法和一步溶剂热法制备了双金属MOF复合光催化材料NH2-MIL-68(InαFe1-α)/PAA。当前驱体溶液中铟铁离子摩尔比为7∶3,催化剂用量为0.83mg/L,RhB初始浓度为10mg/L时，在可见光下120min对RhB的降解率为99.2％,反应速率常数达到0.03574min-1,并且光催化剂具有良好的循环稳定性。通过结构形貌表征，表明在PAA限域空间内原位生长的NH2-MIL-68(InαFe1-α)的粒径减小了约90％,暴露出了更多金属中心活性位点并缩短了扩散距离;通过UV-visDRS、瞬态光电流响应和电化学阻抗测试，表明了复合材料具有更高的可见光利用率以及电子-空穴对分离能力;通过自由基捕获实验、ESR测试证明了复合材料在光催化反应中主要的活性物质是h+,并提出了可能的光催化降解机理。 (2)为了进一步提高光催化降解的效率，采用溶剂热法制备了BiOBr/NH2-Fe-MOF复合光催化材料，该复合材料具有3D花状微球结构,实现了NH2-Fe-MOF和BiOBr之间的紧密结合，形成了TypeII异质结,增加了更多的活性位点，提高了可见光利用率，促进了电子-空穴对的分离。结果表明，当NH2-Fe-MOF的摩尔含量为40％,催化剂用量为0.5mg/L,RhB初始浓度为30mg/L时，BiOBr/NH2-Fe-MOF达到了对RhB的最佳的降解性能，在可见光下40min降解率为98.2％,其速率常数k值为0.08507min-1,优于目前报道的文献数据。光催化机理研究表明超氧自由基(·O2-)在光降解过程中发挥了主要作用。
染料废水;铁基复合材料;金属有机骨架;原位限域生长;光催化降解;罗丹明B
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
金君素
2023
中文
X703
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）