蔗渣是甘蔗榨取糖分后剩余的残渣,由于甘蔗种植面积广、产量高,蔗渣成为一种绿色环保、可再生的低成本原料。本文以农业副产品蔗渣为原材料,作为金属-有机框架材料(MOF)的载体,合成MOF/蔗渣纤维素复合气凝胶,并应用于水体净化。复合气凝胶改善了MOF主要呈粉末状,不易回收的特性。MOF/蔗渣纤维素复合气凝胶分别使用直接掺杂和原位合成的方式制备,并用于活化过一硫酸盐(PMS)产生氧化活性分子,氧化分解有机污染物。本文对MOF/蔗渣纤维素复合气凝胶的结构、形貌进行了研究,以罗丹明B(Rh B)和对硝基苯酚(PNP)作为污染物模型,探究了不同反应条件(PMS的添加量、初始溶液p H、催化剂用量)和循环使用次数对降解性能的影响,探索了复合气凝胶对Rh B和PNP的降解机理。主要研究内容和结果如下:(1)通过溶胶-凝胶法制备出蔗渣纤维素气凝胶。蔗渣纤维素气凝胶呈三维网络状结构,具有光滑、轻薄的孔壁,孔隙率达到95.9%,密度为22-28 mg/cm3,是功能性纳米材料的良好载体。(2)采用蔗渣气凝胶作为基体,采用原位合成法制备Co-ZIF@GEL复合气凝胶。复合气凝胶保持了气凝胶原有的结构和形貌,在活化PMS降解PNP实验中展示出优异的降解性能,可以在70 min内降解98.5%的PNP(10 mg/L)。(3)通过直接掺杂的方法制备Zn/Co-ZIF@GEL复合气凝胶。Zn/Co-ZIF@GEL/PMS体系表现出高效的催化活性,在30 min内可以将Rh B完全分解。循环试验结果表明,复合气凝胶具有良好的循环使用性能,即使经过多次循环,仍保持良好的降解性能。同时,复合气凝胶可以有效降低金属钴的溶出量,避免二次污染。(4)探讨了MOF/蔗渣纤维素复合气凝胶活化PMS降解有机污染的反应机理:Co-ZIF@GEL和Zn/Co-ZIF@GEL主要是通过过渡金属钴活化PMS产生氧化活性分子SO₄^·-和OH^·,其中,Zn/Co-ZIF@GEL/PMS体系中还会产生¹O₂和O₂^·-。氧化活性分子将难以降解的有机污染物分解成无毒的小分子甚至矿化成CO₂和H₂O。通过自由基清除实验调查发现,Co-ZIF@GEL/PMS体系中,SO₄^·-对PNP的降解发挥了重要作用,OH^·对PNP的降解效果较弱;Zn/Co-ZIF@GEL/PMS体系中,¹O₂起主要作用,而SO₄^·-、OH^·和O₂^·-起次要作用。