金属有机骨架负载TiO2复合催化剂的制备及性能研究摘要
目前,水污染已成为制约社会发展的重要因素,废水处理技术日益受到人们的密切关注。Ti02光催化处理废水在绿色环保领域具有广阔前景,越来越受到人们的重视。提高Ti02比表面积,有利于增强它的催化效率。金属有机骨架(MOF)常常是微孔结构,负载Ti02可以提高它的分散性,有利于提高Ti02光催化效率。本文制备系列金属-有机骨架负载Ti02复合光催化剂,研究其对有机染料的光催化(吸附)性能,对废水处理具有一定参考价值。首先,根据文献制备Co-MOFs(以3,5-二叔J‘基-1,2-苯二酚、1,4-二(咪唑-1-亚甲基)苯为有机配体,钴离子为金属离子白组装而成的MOFs),由钛酸四丁酯乙醇液水解形成沉淀,制备混合Ti02的Co-MOFs颗粒Ti02/Co-MOFs。利用IR、SEM、XRD和EDS对TiO2/Co-MOFs形貌、结构和化学组成进行表征,获得适宜工艺参数。用Na3PO4溶液浸泡后的Ti02对亚甲基蓝有很强吸附性,与P25吸附性能做了对比,发现无定形Ti02具有的无序结构使其对亚甲基蓝有较高吸附性能。同样,含有无定形Ti02的TiO2/Co-MOFs对亚甲基蓝保持了较高吸附性能。由于Co-MOFs不耐高温,无法通过水热法制备负载锐钛矿Ti02复合催化剂,本部分内容作为前期工作探索,为选择合适MOFs材料制备复合催化剂做了铺垫。其次,根据文献制备耐水热的MOF材料Cu-MOFs(以2,6-萘二羧酸二钠盐、4,4-联吡啶为有机配体,铜离子为金属离子自组装而成的MOFs),通过钛酸四丁酯水解制备负载Ti02的Cu-MOFs颗粒TiO2/Cu-MOFs,改变钛酸四丁酯用量可得到不同Ti02负载量的TiO2/Cu-MOFs。以亚甲基蓝模拟有机污染物对TiO2/Cu-MOFs光催化性能进行表征。结果表明,TiO2/Cu-MOFs光催化活性比单一的Ti02颗粒有很大提高。随后考察了水热温度、水热时间、Cu-MOFs形貌以及底物浓度对TiO2/Cu-MOFs光催化性能的影响,获得适宜工艺参数:钛酸四丁酯0.60mL、水热温度160℃、水热时间24h和底物浓度6ppm,并和P25的光催化活性进行比较,发现TiO2/Cu-MOFs的光催化活性优于同等条件下P25的光催化活性。最后,根据文献制备耐水热、高比表面积的MOF材料MIL-101(以对苯二甲酸为有机配体,铬离子为金属离子自组装而成的MOFs, MIL系列材料),通过钛酸四丁酯水解制备负载Ti02的MIL-101颗粒TiO2/MIL-101,改变钛酸四丁酯用量可得到不同TiO2负载量的TiO2/MIL-101。考察了MIL-101和TiO2/MIL-101在中性和碱性条件下对各种有机染料的吸附性能以及TiO2/MIL-101对甲基橙的光催化性能。结果表明,MIL-101通过静电相互作用吸附有机染料;随着Ti02负载量的增多,TiO2/MIL-101对甲基橙和亚甲基蓝的吸附性均有所下降;随着吸附时间的延长,TiO2/MIL-101对亚甲基蓝的吸附性能逐渐降低,可能是溶液溶解了空气中的CO2导致溶液PH值降低所致;TiO2/MIL-101的光催化活性与TiO2/Cu-MOFs相比偏低,可能是静电吸附影响了光催化过程中的电子转移以及底物浓度较高所致。
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