ZIF-8碳化的多孔碳吸附-電增強吸附磺胺甲惡唑的研究.pdf

1、金屬有機骨架材料(MOFs)是一種新興的多孔聚合材料。MOFs材料孔結(jié)構(gòu)發(fā)達有序、比表面積大，可以在不額外添加碳源的情況下被直接碳化成納米多孔碳材料(NPC)，是多孔碳材料的理想前驅(qū)體和模板。本論文將納米多孔碳材料作為吸附劑應(yīng)用到吸附/電吸附技術(shù)中用于處理水環(huán)境中的有機污染物。本研究選取磺胺甲惡唑(SMX)作為目標污染物，通過控制合成條件，制備了三種尺寸、性能不同的ZIF-8作為前驅(qū)體材料，將ZIF-8碳化得到的多孔碳作為吸附劑用于吸附

2、/電吸附SMX研究，探究納米多孔碳材料對SMX的吸附效果及影響因素；在此基礎(chǔ)上，考察納米多孔碳材料電增強吸附SMX的效果，探討吸附劑和吸附質(zhì)的性質(zhì)對吸附效果的影響，預計開發(fā)出一種低耗、高效、環(huán)境友好的污染物處理方法。本論文針對以上目標取得了以下幾方面成果：
　　(1)本研究通過控制 ZIF-8合成條件，制備了三種尺寸不同的 ZIF-8晶體材料，三種ZIF-8的晶體尺寸由小到大依次為50 nm、500 nm和1μm(以下分別簡稱為S

3、-ZIF8、M-ZIF8和L-ZIF8)。將S-ZIF8分別在950°C、1000°C和1100°C條件下碳化，實驗結(jié)果表明，碳化溫度為1000°C時得到的多孔碳比表面積最大，為1378.7 m2/g。將三種溫度碳化得到的多孔碳材料用于吸附SMX，實驗結(jié)果表明，1000°C碳化得到的多孔碳材料吸附SMX效果最好，即1000°C碳化得到的多孔碳材料表面性能和吸附性能最好。
　　(2)將三種尺寸的ZIF-8在1000°C條件碳化，得到

4、三種尺寸的納米多孔碳材料(以下分別稱S-NPC，M-NPC和L-NPC)對SMX的吸附效果與粉末活性炭(AC)進行對比。結(jié)果表明，三種 NPC材料對 SMX的吸附過程符合二級動力學模型，吸附等溫線符合Langmuir模型，初始吸附速率v0和平衡吸附量qm皆明顯高于AC，其中M-NPC平衡吸附量為756.9 mg/g，約為AC的兩倍。吸附效果受微孔填充效應(yīng)、吸附劑疏水性、溶液酸堿性和化合物形態(tài)等因素的影響。
　　(3)采用電泳法制備

5、納米多孔碳電極，并對其吸附性能進行表征，考察納米多孔碳材料在中性條件下電增強吸附SMX的效果。實驗結(jié)果表明，電增強吸附中所加偏壓對v0和qm的影響如下：0.6 V>0.8 V>0.3 V>OC；0.6 V電位下的v0是開路電位的4.3倍，qm是開路電位的2.0倍。同時，將S-NPC對SMX的吸附效果與M-NPC和多壁碳納米管(MWNT)進行對比，結(jié)果表明，S-NPC的電增強吸附效果高于M-NPC，遠高于MWNT。
　　本論文將 M