【摘要】：隨著工業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展,電廠廢水中重金屬離子的脫除治理已顯得越發(fā)重要,其中汞離子由于明顯的持久性、生物蓄積性和毒性,已經(jīng)被許多國(guó)際機(jī)構(gòu)列為重要的污染物。2011年7月,中國(guó)環(huán)境保護(hù)部頒布《火電廠煙氣排放標(biāo)準(zhǔn)》GB13223-2011,首次將汞作為新的控制指標(biāo),該標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定2015年起,全部燃煤鍋爐汞及汞的化合物濃度限值為0.03mg·m~(-3)。金屬有機(jī)骨架材料(Metal Organic Framework,MOFs)作為一種新型功能性分子材料,具有其它材料無(wú)法比擬的結(jié)構(gòu)可控制和易功能化的特性。本文借鑒目前較成熟的幾種MOFs材料的制備方法,嘗試不同的制備條件,成功制備出三種新型的MOFs材料;對(duì)原始材料進(jìn)行硫醇改性,制備出具有優(yōu)良脫汞能力的改性MOFs材料;以燃煤電廠脫硫廢水中汞離子為考察對(duì)象,分別以改性前后MOFs材料為研究對(duì)象,對(duì)含有汞離子的溶液進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)研究,考察吸附時(shí)間、溫度、初始濃度、溶液初始pH值等因素對(duì)吸附性能的影響,對(duì)比分析不同材料吸附性能的差異;通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)力學(xué)、等溫式及熱力學(xué)進(jìn)行擬合,對(duì)已制備的MOFs材料進(jìn)行吸附機(jī)理的研究。(1)以鈷離子作為金屬離子,對(duì)苯二甲酸和均苯三甲酸為有機(jī)配體,通過(guò)溶劑熱法成功制備出三種具有規(guī)則微觀形貌的新型MOFs材料,分別表示為D-MOFs、F-MOFs及Q-MOFs材料;通過(guò)室溫?cái)嚢璺▽?duì)已制備的三種材料進(jìn)行-SH修飾,成功合成出SH-D-MOFs、SH-F-MOFs及SH-Q-MOFs材料;(2)運(yùn)用現(xiàn)代化分析技術(shù)(SEM、XRD、EDS、BET、TG和FTIR等),對(duì)改性前后材料的形貌、物相、晶型及元素組成等進(jìn)行分析表征。結(jié)果表明:改性前材料具有規(guī)則的微觀形貌和優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性;通過(guò)溶劑熱合成法成功將鈷離子與有機(jī)配體進(jìn)行組裝;通過(guò)室溫?cái)嚢璺?成功引入硫醇官能團(tuán),改性后材料熱穩(wěn)定性有所下降,但比表面積有所提高;隨著改性劑的增加,材料微觀形貌逐漸破損,但總體保持完整;(3)三種原始MOFs材料經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)脫汞能力相對(duì)較差,但通過(guò)硫醇改性后,吸附能力顯著提高,SH-D-MOFs材料在硫醇添加量為0.5ml、pH=5.5、T=35℃時(shí),為最佳反應(yīng)條件,最大吸附量達(dá)到412.80mg·g~(-1);SH-F-MOFs材料和SH-Q-MOFs材料在硫醇添加量為1ml、pH=6、T=30℃時(shí),為最佳反應(yīng)條件;最大吸附量分別達(dá)到614.00mg·g~(-1)和507.20mg·g~(-1);(4)對(duì)吸附后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和等溫式進(jìn)行擬合,結(jié)果顯示三種改性材料對(duì)Hg~(2+)的吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,吸附過(guò)程主要是以表面吸附為主的擴(kuò)散過(guò)程,且吸附過(guò)程主要受化學(xué)吸附機(jī)理的控制;通過(guò)熱力學(xué)擬合結(jié)果顯示,?G~00,表明吸附過(guò)程是自發(fā)過(guò)程;?H~00,表明吸附過(guò)程是放熱反應(yīng);?S~00,表明材料對(duì)Hg~(2+)的吸附過(guò)程中,固-液表面的混亂度增加;通過(guò)等溫線擬合結(jié)果顯示,材料對(duì)Hg~(2+)的吸附過(guò)程更符合Langmuir模型,說(shuō)明材料對(duì)Hg~(2+)的吸附屬于單分子層吸附。
【圖文】：

圖 2-1 Hg2+的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線始溶液的配制-1的 Hg2+儲(chǔ)備液，分別稀釋至 800 mg·L-1、400 m-1，用于后期吸附實(shí)驗(yàn)。吸附實(shí)驗(yàn)改性前后 MOFs 材料于 100ml 錐形瓶中，加入 2住瓶口，放入超聲清洗機(jī)中超聲分散 5min，隨后置蕩速度為 120 rpm，一定時(shí)間后取出，靜置 10min改變?nèi)芤撼跏紳舛取H 值及溶液溫度等條件，探平行實(shí)驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。附率的測(cè)定00100%C CC

參考目前較成熟的幾種 MOFs 材料（MIL-101、MOF-74 及 HKUST-1 等）的制備方法通過(guò)調(diào)整溶劑比，合成溫度及反應(yīng)時(shí)間等制備條件，確定了最佳的制備條件。由于 D-MOF材料吸附 Hg2+能力較差，參考相關(guān)文獻(xiàn)的改性方法，對(duì)煅燒溫度，硫醇添加量等因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，，采取后期改性法將巰基官能團(tuán)（-SH）成功修飾到 D-MOFs，成功制備出具有優(yōu)秀吸附能力的 SH-D-MOFs 材料。本章首先運(yùn)用現(xiàn)代化分析技術(shù)（SEM、XRD、EDS、BET、TG 和 FTIR 等），對(duì)改性前后材料的形貌、物相、晶型及元素組成等進(jìn)行分析表征，對(duì)所得結(jié)果進(jìn)行分析。其次，以汞離子為考察對(duì)象，探索改性前后 D-MOFs 材料的吸附性能�？疾煳竭^(guò)程中，初始濃度、吸附時(shí)間、吸附劑用量、反應(yīng)溫度等對(duì)吸附性能的影響。最后，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和等溫式擬合，對(duì)吸附機(jī)理進(jìn)行初步探討。3.1 D-MOFs 材料的表征3.1.1 XRD 表征
【學(xué)位授予單位】：東北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X773

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本文編號(hào)：2679727