摘要
汞是一种有毒、易挥发、难降解的重金属元素，易富集于人体造成慢性汞中毒，为避免汞对人类和环境造成危害，亟需开发一种具有高吸附性能的汞吸附材料对汞污染进行调控。本论文基于以废治废的污染治理理念，以皮胶原纤维（CF）为基底，多孔性MOFs为功能化单元，通过原位负载策略构筑皮胶原纤维基MOFs复合材料（CF@ZIF-7-NH2）,系统性研究了其组成与汞吸附性能，阐明了吸附机理，实现了皮胶原纤维的废物利用；在此基础上通过巯基预官能化策略与原位负载策略相结合，构筑了巯基功能化皮胶原纤维基 MOFs 复合材料（CF@ZIF-7-NH2/SH），进一步丰富了材料的汞吸附位点实现了材料汞吸附性能的提升，为皮胶原纤维基高效汞吸附剂的设计合成提供了可行思路及实验依据，主要内容如下： 1．通过原位负载将ZIF-7-NH2于CF上制备了皮胶原纤维基MOFs复合材料CF@ZIF-7-NH2。汞吸附实验结果表明CF@ZIF-7-NH2对Hg(Ⅱ)具有较高的吸附性能，其最大吸附容量可达 823.64 mg·g-1，相较于机械混合后的 CF与 ZIF-7-NH2吸附容量提高2倍；对Hg(Ⅱ)表现出高选择性，在共存离子的干扰下仍然表现出较好的吸附效果；吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附模型；动态吸附结果表明，对于初始浓度为 1 ppm 的 Hg(Ⅱ)溶液，在 27.5 L·g-1时达到吸附穿透点（Ce/C0＞0）；通过机理分析可知CF@ZIF-7-NH2对Hg(Ⅱ)是以螯合配位为主离子交换为辅的吸附过程，过程中存在Zn(Ⅱ)浸出现象，为避免二次污染设计中水回用方案制备 CF@ZIF-7-NH2-R，其吸附容量为 CF@ZIF-7-NH2的91%。该研究内容证实了MOF材料与皮胶原纤维原位复合策略制备高效汞吸附剂的可行性，为皮胶原纤维材料在不同领域的应用提供了可能。 2．为进一步提升 CF@ZIF-7-NH2对 Hg(Ⅱ)的吸附性能，通过先共价接枝巯基后原位负载 ZIF-7-NH2的方法制备了巯基功能化皮胶原纤维基 MOFs 复合材料CF@ZIF-7-NH2/SH。相应实验结果表明CF@ZIF-7-NH2/SH与CF@ZIF-7-NH2对 Hg(Ⅱ)均表现出优异的吸附选择性，且均符合准二级动力学模型和 Langmuir吸附模型，最大吸附容量可进一步提升至 1039.23 mg·g-1，且吸附穿透点由 27.5 L·g-1提升至 32.5 L·g-1。FT-IR、XPS 等表征手段证实了-SH 与 Hg(Ⅱ)之间的强螯合作用是吸附容量提升的主要原因。通过中水回用方案制备CF@ZIF-7-NH2/SH-R，其吸附容量为CF@ZIF-7-NH2/SH的93%。该研究通过逐步功能化策略有效构筑了高性能皮胶原纤维基汞吸附材料，为皮胶原纤维基汞吸附材料的设计合成提供了可行方案及实验依据。
NETL