MOFs及其改性材料对Cr...Ⅵ）和RhB的去除性能研究.pdf

摘要

摘要

无机重金属离子和有机污染物共存现象加剧了实际废水的处理难度，如何高效地同

时去除这两种污染物是污水处理与资源化利用的关键。虽然吸附法作为一种操作简单、

效率高、成本低的技术，在去除重金属和有机污染物方面已取得一定的成果，但是存在

不能将富集的污染物彻底消除的弊端。光催化法作为一种高效、环境友好的技术，近几

十年受到越来越多的关注，其中，吸附在光催化剂上的污染物与光催化剂表面产生的光

生电子和空穴发生相应的氧化还原反应是光催化法去除污染物的关键，寻找吸附性能强

的光催化剂十分重要。NH-MIL-125(Ti)作为金属有机骨架（MOFs）的一种，不仅具有

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巨大的比表面积、超高的孔隙率、可调的结构等特点，还可以在可见光下进行光催化反

应，但其光生载流子寿命短、电荷利用率低等缺点限制了其光催化效率，因此，大量研

究致力于对其自身结构及性能进行调控以提高其光催化能力。目前已有的MOFs改性策

略一般都比较复杂，这严重制约这一技术在实际中的应用，所以，如何以更简便的方式

提升NH-MIL-125(Ti)的可见光催化活性有着重要的理论和实际意义。基于上述背景，

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本文首先探究原始NH-MIL-125(Ti)在黑暗条件对六价铬（Cr(VI)）和罗丹明B（RhB）

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的吸附性能和机理，以及在可见光照下还原Cr(VI)和降解RhB的光催化性能及机理，在

此基础上，基于染料敏化等原理，利用共存污染物Cr(VI)和RhB作为改性剂探索其对

NH-MIL-125(Ti)吸附性能和光催化性能的影响，以期为提升材料的吸附性能和可见光

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催化活性提供新思路。本文主要研究成果如下：

（1）吸附实验表明：在单一体系中，NH-MIL-125(Ti)对Cr(VI)和RhB的最大吸附

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量分别为325.644mg•g-1和443.648mg•g-1；在二元体系中，Cr(VI)和RhB饱和吸附量分

别为264.212mg•g-1和1828.507mg•g-1。静电吸引、还原、螯合和表面络合是吸附Cr(VI)

的主要机理，静电吸引、氢键作用和π-π相互作用是RhB吸附的主要机制。RhB的存在

降低了NH-MIL-125(Ti)对Cr(VI)的吸附能力，Cr(VI)的存在提高了NH-MIL-125(Ti)对

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RhB的吸附能力，在NH-MIL-125(Ti)表面形成Cr(VI)-RhB和Cr(III)-RhB复合物是使

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二元体系中RhB吸附量增加的主要原因。

（2）光催化实验表明：光催化反应120min后，在单一体系中，NH-MIL-125(Ti)

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在可见光驱动下对Cr(VI)的还原效率为79.9%，对RhB降解效率为94.8%；在二元体系

中，NH-MIL-125(Ti)对Cr(VI)的还原效率为91.9%，对RhB降解效率为99.9%。Cr(VI)

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和RhB和共存时，吸附在NH-MIL-125(Ti)上的Cr(VI)可以迅速接收光生电子被还原，

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RhB充当空穴清除剂被氧化，Cr(VI)和RhB同时存在于反应体系中有效阻止光生电子和

空穴的复合，这是二元体系中Cr(VI)和RhB去除率提升的主要原因。此外，在二元体系

中，吸附在NH-MIL-125(Ti)上的Cr(VI)可以作为活性位点，吸附更多的RhB，从而加

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快材料对RhB的降解速率，最终实现可见光驱动下Cr(VI)和RhB的协同高效去除。