双官能MOFs复合膜材料快速、选择性移除农田灌溉水中有毒有害含氧阴离子
编号:769
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更新:2021-10-17 14:49:41 浏览:485次
口头报告
摘要
在我国每年用于农业灌溉的占用水总量的65.6%以上。随着我国水资源危机不断加剧,农业生产缺水已成为一个既成事实。目前我国污水处理的总体水平较低,用于灌溉的污水水质通常极差,有些地区甚至直接使用未经处理的污水进行农业灌溉,从而引发一系列的环境问题,导致污染物在土壤和作物中积累,无形中将点源污染转化成了更难治理的面源污染。
近些年,金属有机骨架聚合材料(Metal-organic frameworks, MOFs)作为吸附剂,无论是复杂水体的有机物分离富集还是有毒有害无机离子的高效捕捉,均展现出传统吸附材料无法比拟的性能。本工作设计了一种包含-NH2,-COOH双官能的MOFs材料,通过引入前驱体的方式制备类似桥架结构的方式,使MOFs嫁接在玻璃纤维滤膜上。一方面解决了投加到灌溉水中吸附剂难以回收的问题,另一方面在吸附完成后直接从灌溉水中取出玻璃纤维膜,解决难以快速分离的问题。通常来说含有-NH2,-COOH双官能的材料可以同时吸附水中的阴阳离子,本实验中该膜材料仅仅对农田灌溉水中As,Cr(VI),Sb(III)/Sb(V),以及 Se(IV)/Se(VI)的阴离子团选择性吸附,并非阴阳离子同时吸附。在高有机质以及复杂基体中对阴离子团的选择性吸附率可以高达75%,在pH 3-7范围内As,Cr(VI),Sb(III)/Sb(V)和 Se(IV)/Se(VI)的最大吸附量分别为134.02 mg·g-1, 54.96 mg·g-1, 188.92 mg·g-1, 342.01 mg·g-1 以及134.02 mg·g-1。为了探究选择性吸附机理,实验通过SEM, TGA, FT-IR, XRD, XPS,HR-MS和Zeta电位共同表征,得出以下三点吸附机理:(1)在pH的3-7范围内材料表面呈现带正电的情况,对于阳离子呈现排斥现象;(2)材料表面还有大量的Zr-O八面体的活性位点,可以与含氧阴离子团形成化学键,捕捉介质中的含氧阴离子团;(3)材料含有大量的N+和C=O可以提供大量的配位键,可以与目标离子形成配位化合键。
MOFs@玻璃纤维膜不仅仅具有MOFs大的比表面积、为目标离子吸附较多的吸附位点,同时也兼具了玻璃纤维膜良好的机械性能,可以快速,准确的移除灌溉水中有毒有害阴离子团,上减少灌溉水对土壤环境、农作物品质及人体健康的潜在危害。
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