摘要
硼是一种重要的类金属元素，在自然界广泛存在，是动植物生长不可缺少的元素。含硼化合物在工业中具有广泛的应用。但过高的硼元素含量会对环境造成破坏威胁动植物和人类的健康，随着生产力的提升，工业规模的扩大，各产业含硼废水的排放量也逐渐增多。另一方面随着世界人口的日益庞大，淡水资源短缺问题也日益严重，海水淡化成为一种非常重要的获得淡水的手段，但传统方法并不能一次性除去海水中的含硼化合物。因此水体中硼元素的分离去除对减少环境污染和水资源可持续利用都有着重要意义。硼的分离方法中，吸附法被认为最安全、简便和高效。而在诸多吸附剂中，ZIFs材料具有性质稳定，表比面积大，孔隙率高，孔径可调等优势，是一种极具潜力的吸附剂。氧化石墨烯是一种新兴的多功能材料，其表面富含大量含氧官能团，具有一定的硼吸附潜能。 本文选用金属-有机框架材料ZIF-67为主体，使其掺杂于氧化石墨烯的片层结构中，制备了ZIF-67和三种不同掺杂量的ZIF-67@GO-Ⅰ、ZIF-67@GO-Ⅱ和ZIF-67@GO-Ⅲ，用Na2CO3对ZIF-67@GO-Ⅱ进行碱性改性，并探究其硼吸附性能。用于对水溶液中硼的吸附，使用FT-IR、SEM、BET、XRD和XPS等表征手段对所合成的材料进行了表征。通过吸附实验探究了所合成材料对水溶液中硼的吸附性能，研究具体内容如下： （1）通过搅拌法制备了ZIF-67与ZIF-67@GO-Ⅰ、ZIF-67@GO-Ⅱ和ZIF-67@GO-Ⅲ，分别探究了溶液pH值、吸附时间和硼溶液初始浓度对每种材料吸附硼的影响和每种材料的可再生性能。实验结果表明，在T=298K、pH=5.0、C0(B)=160mgL-1、V=50mgL-1和t=360min的条件下，ZIF-67与ZIF-67@GO-Ⅰ、ZIF-67@GO-Ⅱ和ZIF-67@GO-Ⅲ对硼的平衡吸附量分别为36.20mg/g、41.58mg/g、42.82mg/g和44.32mg/g。三种ZIF-67@GO材料的硼吸附性能明显高于ZIF-67，且随着氧化石墨烯含量的增加，平衡吸附量有所提升。ZIF-67@GO-Ⅰ、ZIF-67@GO-Ⅱ和ZIF-67@GO-Ⅲ对硼的吸附均符合准一级动力学模型和Langmuir等温模型。通过XPS分析发现了Co（Ⅱ）和石墨烯上的羟基对硼的吸附起到了积极的作用。 (2)使用1molL-1的Na2CO3溶液对ZIF-67@GO-Ⅱ进行浸泡改性，探究了溶液pH值、吸附时间和硼溶液初始浓度对改性材料吸附硼的影响，同时探究了改性材料的可再生性能。实验结果表明，在T=298K、pH=12.0、C0(B)=160mg/L、V=50mg/L和t=360min的条件下，Na2CO3改性ZIF-67@GO-Ⅱ平衡吸附量达到65.70mg/g，远大于改性前。Na2CO3改性ZIF-67@GO-Ⅱ对硼的吸附符合准一级动力学模型和Langmuir等温模型。通过XPS分析发现了Co（Ⅱ）、氧化石墨烯中的羟基以及改性后材料中的OH-对硼的吸附起到了积极的作用。
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