MOFs材料光催化降解有机废水PPT课件02.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Novel Photocatalysts for the Decomposition of Organic Dyes Based on Metal-OrganicFramework Compounds（2006， Partha Mahata. et al）PART 1《金属有机骨架化合物光催化降解有机染料《金属有机骨架化合物光催化降解有机染料》》催化剂：催化剂：［Co2( C10H8N2) ］L2 ( 1) ［Ni2( C10H8N2) ］L2·H2O ( 2) ［Zn2( C10H8N2) ］L2 ( 3) ( L = C12H8O( COO)2) 底物：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：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 2 kg / m3，反应时间达到90 min 后，材料（1）对 OG、RBBR、MB 的降解率分别达到 90%、100% 、88% 反应机理：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PART 2《表面活性剂《表面活性剂（（LAS））辅助合成辅助合成MIL-100(Fe)多级结构纳米晶及其光催化降解性质研究》多级结构纳米晶及其光催化降解性质研究》2.1 多多级结级结构构MOFs材料材料 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 多多级结级结构构MIL-100(Fe)纳纳米晶的合成米晶的合成 将FeC13.6H20 (6 mmol, 1.5900 g), LAS (0.2632-3.58 mmol, 0.2632-3.0047 g)置于A烧杯中，加入15m1水充分溶解，搅拌30min; H3BTC (9 mmol, 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 (0.5 ml, 38-40% in water)'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2 h/次。

最后，样品在150℃下真空干燥过夜，密封保存备用2.3 多级结构多级结构MIL-100(Fe)纳米晶的紫外光催化纳米晶的紫外光催化降解实验降解实验实验过程略2.3 结结果与果与讨论讨论2.3.1 多级结构多级结构MIL-100(Fe)纳米晶的合成条件纳米晶的合成条件和和N2吸脱附曲线吸脱附曲线 再结合扫描电再结合扫描电镜、红外图谱等的镜、红外图谱等的测量结果，可知：测量结果，可知： 多多级结级结构构纳纳米米晶晶MIL-100(Fe)随着随着LAS用量的增加其用量的增加其孔径分布中呈孔径分布中呈现现出出了小了小颗颗粒堆粒堆积积而形而形成的介孔和大孔的成的介孔和大孔的多多层层次次结结构2.3.2 多级结构多级结构MIL-100(Fe)纳米晶对纳米晶对MB的光降的光降解性质研究解性质研究1、多级结构多级结构MIL-100(Fe)纳米晶对纳米晶对MB的光降解催的光降解催化效率均大于化效率均大于MIL-100(Fe)微晶微晶 ；；2、、多多级结级结构构纳纳米晶米晶MIL-100(Fe)样样品品A1的光降解催的光降解催化效果明化效果明显显高于高于A4，，A5和和A6，即，即样样品品A1的光降解催的光降解催化效果最好化效果最好;(a) H2O2, MIL-100(Fe)微晶和两者共存微晶和两者共存时时紫外光降紫外光降解催化解催化MB的曲的曲线图线图(b) H2O2存在条件下，不同存在条件下，不同LAS用量制各的多用量制各的多级结级结构构MIL-100(Fe)纳纳米晶与米晶与MIL-100(Fe)微品微品对对MB可可见见光降解催化光降解催化MB曲曲线图线图PART 3《《Fe3O4@MIL-100(Fe)磁性核磁性核-壳微球壳微球的合成及其的合成及其对对次甲基次甲基蓝蓝水溶液光催化降解性水溶液光催化降解性质质研究》研究》3.1 新型磁性核壳新型磁性核壳结结构构MOFs材料材料 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。

图图1 核壳磁性微球核壳磁性微球Fe3O4@MIL-100(Fe)的合成步骤以及在紫外和可见光的合成步骤以及在紫外和可见光下光催化降解次甲基蓝下光催化降解次甲基蓝3.2 结结果与果与讨论讨论3.2.1 Fe3O4@MIL-100(Fe)磁性微球的磁性测试磁性微球的磁性测试图图3.2 400K时时，微球的磁滞回，微球的磁滞回线线（插（插图图：外磁：外磁场场作用下作用下产产物与溶物与溶液的分离）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3 7.40 emu g-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3.2.2 Fe3O4@MIL-100(Fe)核核-壳磁性微球光催化壳磁性微球光催化性能的研究性能的研究图图3.3 (a)紫外光下光催化紫外光下光催化剂对剂对MB的降解曲的降解曲线线图图 （（b）可）可见见光下光催化光下光催化剂对剂对MB的的降解曲降解曲线图线图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)PART 4《磁性核壳《磁性核壳结结构的构的Fe3O4@C/Cu和和Fe3O4@CuO的制的制备备以及光催化性以及光催化性质质的研究》的研究》4.1 磁性磁性Fe3O4@C/Cu和和Fe3O4@CuO核壳材料核壳材料 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. 图图4-1 磁性核壳结构磁性核壳结构Fe3O4@C/Cu和和Fe3O4@CuO的制备的制备4.2 磁性磁性Fe3O4@C/Cu和和Fe3O4@CuO核壳材料的光核壳材料的光催化性催化性质质的研究的研究图图4-2 Fe3O4@C/Cu粒子在可见光下粒子在可见光下 对不同时间的紫外吸收光谱对不同时间的紫外吸收光谱随着随着时间时间的延的延长长次甲基次甲基蓝蓝的吸光度逐的吸光度逐渐渐的的变变低，低，在在150分分钟钟左右次平基左右次平基蓝蓝完全的降解了。

完全的降解了4.2 磁性磁性Fe3O4@C/Cu和和Fe3O4@CuO核壳材料的光核壳材料的光催化性催化性质质的研究的研究图图4-3 在不同光催化剂下降解在不同光催化剂下降解MB的降解的降解曲线曲线 光催化性能研究表明所制备光催化性能研究表明所制备的的Fe3O4@C/Cu核壳结构的磁性微核壳结构的磁性微球材料具有很好的可见光降解次甲球材料具有很好的可见光降解次甲基蓝的性能，是一种性能优异的可基蓝的性能，是一种性能优异的可见光催化材料见光催化材料. 而且，通过而且，通过5次的循环光催化次的循环光催化实验，我们发现实验，我们发现Fe3O4@C/Cu催化催化剂结构和性能稳定，同时其优良的剂结构和性能稳定，同时其优良的磁性能为催化剂从溶液中分离提供磁性能为催化剂从溶液中分离提供了便利Thank you!。