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摘要:金屬有機骨架(MOFs)以金屬節(jié)點和有機配體之間通過配件進行銜接,形成多孔網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)材料,具有較高的比表面積、空隙率以及非常豐富的可調(diào)節(jié)孔洞結(jié)構(gòu)。在當(dāng)前水體環(huán)境的治理工作中受到了人們廣泛的關(guān)注,特別是針對水體中一些重金屬離子及有機污染物的治理,是我國環(huán)境治理工作中的重點內(nèi)容,基于此,本文通過對金屬有機骨架在水環(huán)境治理工作中的有效運用進行了分析和研究。
關(guān)鍵詞:金屬有機骨架;水治理;重金屬離子;有機污染物
1金屬有機骨架MOFs的結(jié)構(gòu)特征
金屬有機骨架對目標(biāo)水體分子內(nèi)部的雜質(zhì)吸附性,主要取決于有機金屬骨架本身的結(jié)構(gòu)特點,而有機基礎(chǔ)骨架在結(jié)構(gòu)特點上,主要是通過內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)排列所決定。
1.1金屬節(jié)點
金屬節(jié)點是金屬有機框架結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)成環(huán)節(jié),通過多孔網(wǎng)絡(luò)框架在結(jié)構(gòu)當(dāng)中形成相互交接的點位。通常情況下,選擇含有沒有充滿過渡金屬離子作為有機載體,在接受配體的電子配對過程及形成相應(yīng)的配件的過程當(dāng)中,配件總體數(shù)量不是完全固定。由此可以看出,在不同的配位結(jié)構(gòu)上所形成的框架結(jié)構(gòu)也各不相同,其中比較常見的框架結(jié)構(gòu)類型分為直線形、T型以及八邊形等。通過水體當(dāng)中的金屬離子或者是金屬有機框架所具有的催化功能特點,制備出帶有磁性的金屬有機骨架,可以選擇鎳鋅鐵銅等金屬離子來進行制備,同時也可以選擇鉑等稀有離子來制取金屬有機骨架。當(dāng)前也有相關(guān)工作人員嘗試使用堿金屬材料作為金屬銜接的節(jié)點,提高金屬有機骨架的結(jié)構(gòu)功能。
1.2有機配體
有機配體在金屬有機骨架當(dāng)中有著非常重要的作用,主要是在金屬和金屬末節(jié)之間進行銜接,帶有兩個或者兩個以上的金屬離子配位,和基團內(nèi)部的有機分子之間進行關(guān)聯(lián),這種類型的配體類型比較復(fù)雜,其中含有了大量羧酸類和含甙類物質(zhì)。
1.3金屬有機骨架的孔結(jié)構(gòu)
金屬有機骨架的孔徑范圍可以進行有效調(diào)節(jié),改變對氣體分子當(dāng)中的吸附效應(yīng),從而有效提高了金屬有機骨架的氣體分離及選擇性水體環(huán)境治理工作的質(zhì)量。金屬有機骨架的孔徑可以通過對應(yīng)配體上的功能鍵來進行改變,對有機基礎(chǔ)骨架的孔洞長度進行相應(yīng)的調(diào)節(jié),相關(guān)研究人員通過單晶體的形式建立起了一種有序的宏觀微孔材料,通過該材料的實驗和分析,可以看出在材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)分布上,在規(guī)定的距離范圍內(nèi)設(shè)定80nm大小的孔洞,同時各個孔都相互之間連接的最大距離為270nm,這也是當(dāng)前我國首個微孔單晶材料的研制,該材料在使用過程當(dāng)中可以對大分子物質(zhì)進行有效的吸附和處理。相關(guān)研究人員通過對金屬有機骨架上的苯環(huán)將其擴大到3、4、5、6、11,在合成孔的直徑大小從1.4nm擴大到了9.8nm金屬框架結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)具有互相穿透的功能,同時在空隙度和熱穩(wěn)定上比較優(yōu)良。通過使用一元羧酸的轉(zhuǎn)化方式,將金屬有機骨架分割成多級孔洞排列的形式,通過調(diào)節(jié)一元羧酸的反應(yīng)濃度以及環(huán)境溫度,可以有效控制產(chǎn)物的孔徑大小,從而得到特定表面積的材料,所得到的新型金屬有機骨架具有原材料的穩(wěn)定性,同時還具有更高的物理性能。
2金屬有機骨架在水環(huán)境治理方面的應(yīng)用
2.1水中重金屬治理
金屬有機骨架具有表面積更大以及孔隙率更高的特點,尤其是可調(diào)節(jié)的孔表面積的物理性質(zhì),在對水體當(dāng)中的一些重金屬污染離子的吸附性和轉(zhuǎn)移能力非常明顯。通過相關(guān)的實驗研究可以看出,金屬有機骨架在水體重金屬處理有著比較良好的去除效果,可以運用在水環(huán)境的治理工作當(dāng)中。金屬有機骨架和磁性材料的有效結(jié)合,成為了當(dāng)前金屬有機骨架新型材料的制作方法。通過磁性材料氧化鐵納米顆粒和金屬有機骨架之間的有效結(jié)合,對水體環(huán)境當(dāng)中存在的大量鉛離子的吸附效果尤為明顯。隨著復(fù)合材料當(dāng)中重金屬離子含量的加大,對金屬離子的吸附效果也越來越高,主要原因是極性較強的溶劑當(dāng)中會含有大量濃度較高的金屬粒子,通過溶液當(dāng)中的金屬離子,比如鉛離子對金屬有機骨架的磁性材料之間進行吸附,金屬有機骨架當(dāng)中的集團對金屬的吸附等,主要針對鉛元素在和吸附進行配對的過程當(dāng)中,材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生了轉(zhuǎn)變,通過封閉的方式慢慢轉(zhuǎn)化成為開放的反應(yīng)方式,通過這種方式可以實現(xiàn)對重金屬鉛的更好吸附效果。通過加入苯酸鐵絡(luò)合物可以得到一種全新的磁性金屬復(fù)合物,這種新型的復(fù)合物可以作為水體當(dāng)中金屬離子的萃取劑。因為內(nèi)部高濃縮因子的存在,在特定的測試樣品當(dāng)中,和鉛離子等重金屬之間不會產(chǎn)生明顯的變化反應(yīng),同時在對吸附力上PH值的大小和磁性材料的增加會尤為明顯,這種磁性金屬有機骨架,在處理吸附劑的聚集和分離的效果上比較明顯。
2.2對水體有機和有毒污染物的處理
在金屬有機骨架當(dāng)中引入不飽和金屬銜接點位和酸堿性基團,在水體污染物和表面基團之間會存在特殊的反應(yīng)和作用。通過調(diào)節(jié)金屬有機骨架表面的空隙大小,可以提高金屬有機骨架對有機污染物的吸附效果,有效提高了水體環(huán)境的整體質(zhì)量。在水環(huán)境的治理工作當(dāng)中,對水體環(huán)境當(dāng)中存在的有機毒性物質(zhì)進行吸收,通過金屬有機骨架和NH2-MIL來進行聯(lián)合分析,有效研究了它們在水體反應(yīng)過程當(dāng)中,苯酚和硝基苯酚對水體當(dāng)中有機毒性物質(zhì)的吸收能力,其中NH2-MIL對PNP有毒物質(zhì)表現(xiàn)出了良好的吸附效果以及更高的選擇吸附性能,通過該實驗分析可以得出,NH2-MIL可以有效吸附掉PNP,并且在PNP的高吸附力作用下,對NH2-MIL當(dāng)中的安吉以及PNP分子和對應(yīng)的集團之間形成連接的氫位鍵,將二氧化硅當(dāng)中所包裹的鐵離子和金屬有機物,通過反應(yīng)沉淀之后,形成一種全新帶有磁性強度的納米材料。金屬有機物和反應(yīng)溶液當(dāng)中的氧化鐵納米粒子之間組裝之后,在水體的吸附工作當(dāng)中具有了全新的功能和選擇性,主要表現(xiàn)在表面積的吸附能力更高,可以用作水體當(dāng)中氮元素和硫元素等物質(zhì)的吸收,同時也可以用于液相色譜定量檢測當(dāng)中的萃取劑。
3結(jié)束語
通過對上述研究內(nèi)容的分析,可以得出在金屬有機框架當(dāng)中引入不飽和金屬點位來進行反應(yīng)銜接,其中堿性基團和空隙大小的調(diào)節(jié)方法,對于水體污染處理有著重要的作用,可以提高金屬有機框架在吸附過程當(dāng)中的離子吸附效果和提高有害物質(zhì)的吸附率,這在水體中污染物較高的情況下有著良好的治理效果。
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作者:秦紹科 包天 單位:杭州伊美源檢測科技有限公司