摘要
近年来，抗生素的滥用和染料废水的排放所带来的水污染问题日益严重，开发简单、经济、高效的水净化吸附剂对于保障人类健康具有重要意义。金属有机骨架（MOFs）材料因其比表面积大、孔隙率高以及结构可调节等优点，在水环境处理方面比传统吸附剂更具优势。但由于MOFs在水中稳定性差，回收困难，使其应用受到限制。磁性金属有机骨架（MMOFs）将磁性纳米粒子（MNPs）与MOFs结合，不仅具有MOFs优异的吸附性能，还可以通过外加磁场进行回收利用。本文将Fe3O4纳米粒子与水热稳定的MOFs相结合，制备MMOFs材料，研究其对水中抗生素和染料的吸附性能。主要研究内容如下： 1.引入聚多巴胺（PDA）功能化的Fe3O4纳米粒子，采用简单的封装法合成了水稳定的Fe3O4@UiO-67。通过SEM、FT-IR、XRD、TG以及BET等方法对材料进行表征分析，结果表明制备的材料具有高比表面积与丰富的孔隙率。用材料对三种氟喹诺酮类抗生素氧氟沙星、诺氟沙星和环丙沙星进行吸附实验，最大吸附量分别为312.5、310.6和297.9 mg·g-1，且在60 min时达到吸附平衡，吸附效率高且快。吸附动力学符合准二级动力学模型，吸附等温线符合 Langmuir 模型，表明吸附过程为单分子层吸附，化学吸附作用为主。在材料循环使用4次时，吸附率均在85%以上。结果表明制备的Fe3O4@UiO-67可作为一种有前景的吸附剂用于水中氟喹诺酮类抗生素的高效去除； 2.通过简单的混合法成功制备了双金属MOFs材料Fe3O4@MIL-53(Fe,Al)，其具有较大的比表面积和丰富的孔道结构，可快速、高效地吸附水中的四环素。当四环素浓度＜50 mg·L-1时，在5 min内即能达到吸附平衡。在最佳吸附条件下，对四环素的最大吸附量可达246.7 mg·g-1。Fe3O4@MIL-53(Fe,Al)对四环素的吸附动力学符合准二级动力学模型，吸附等温线符合 Langmuir 模型，表明吸附是单分子层的化学吸附。同时， Fe3O4@MIL-53(Fe,Al)表现出良好的稳定性，在 4 次循环后四环素去除率仍达到 80%。综上所述，所制备的 Fe3O4@MIL-53(Fe,Al)是一种可用于高效处理四环素的新型吸附材料； 3.采用绿色方法在水中合成了船形片状钴基MOFs（Fe3O4@Co-MOFs）以及以甲醇为溶剂制备了多面体Fe3O4@ZIF-67，并分别对日落黄进行吸附实验。虽然二者具有不同的形貌、粒径与比表面积，但对日落黄的吸附能力相当。在最佳吸附条件下，Fe3O4@ZIF-67对日落黄的最大吸附容量达到1129.0 mg·g-1，Fe3O4@Co-MOFs为972.7 mg·g-1。二者的吸附动力学均符合准二级动力学模型，吸附等温线均符合Freundlich模型，表明吸附是多层吸附。吸附机制包括静电作用、π-π 堆积作用以及配位作用等。因此，该方法是一种简单、绿色的合成磁性钴基MOFs的方法，可用于高效去除水溶液中的染料。
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