用于難降解有機(jī)污染物的MOFs衍生SnO2@C纖維膜
作者：晏妮 環(huán)境學(xué)院
指導(dǎo)老師：張瀟源 環(huán)境學(xué)院
關(guān)鍵詞：過(guò)濾型陽(yáng)極、MOFs、SnO2
摘要
日趨嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)污水深度處理提出了新的挑戰(zhàn)。電催化由于效率高、處理范圍廣而受到廣泛關(guān)注，但傳統(tǒng)電催化面臨嚴(yán)重的傳質(zhì)限制，有研究指出將電催化與膜過(guò)濾結(jié)合可以有效加強(qiáng)傳質(zhì)。盡管已經(jīng)有研究成功將亞氧化鈦（Ti4O7）和二氧化錫（SnO2）等催化劑負(fù)載于膜上，但是已有研究中大多通過(guò)溶膠凝膠法等方法負(fù)載催化劑，其活性位點(diǎn)數(shù)目仍有待提升。本研究將陽(yáng)極氧化與膜過(guò)濾結(jié)合，加強(qiáng)傳質(zhì)。創(chuàng)新性地提出陽(yáng)極使用MOFs衍生SnO2以增加活性位點(diǎn)。本電催化膜可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的高效去除，具有廣闊的應(yīng)用前景。
成功制備MOFs衍生SnO2@C纖維膜
本作品提出使用金屬有機(jī)骨架化合物（Metal Organic Frameworks, MOFs）衍生SnO2，成功制作了MOFs衍生的以多孔碳材料為基底的SnO2催化陽(yáng)極（MOFs-SnO2@C），有效增加了反應(yīng)的活性位點(diǎn)。MOFs是由無(wú)機(jī)金屬與有機(jī)配體通過(guò)自組裝形成的具有周期性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的一種晶態(tài)多孔材料，其多孔結(jié)構(gòu)有利于在高溫下多孔碳骨架的形成，可以為電催化反應(yīng)提供豐富的位點(diǎn)；且其中均勻分布的金屬原子可以促進(jìn)碳的石墨化，有利于電催化反應(yīng)。
降解效果隨電壓升高而提高
本作品探究了電壓對(duì)于降解效果的影響。在未加電壓的條件下，主要發(fā)生吸附過(guò)程，可以看出該纖維膜對(duì)于普萘洛爾（PRO）的吸附不到10%就基本達(dá)到飽和。在1 V電壓下只有較少的降解。而在2 V和3 V條件下90 min后降解率分別達(dá)到了80%和90%以上。說(shuō)明MOFs-SnO2@C纖維膜對(duì)于普萘洛爾具有很好的降解效果。對(duì)降解曲線進(jìn)行反應(yīng)動(dòng)力學(xué)擬合發(fā)現(xiàn)，在2 V和3 V的電壓下降解過(guò)程均符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，而3 V和2 V相比，一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)增大了約60%。
降解速率相比非MOFs衍生SnO2顯著提高
在紡絲液中用錫含量相等的四氯化錫替代了Sn-MOFs，在相同條件下制備出SnO2@C膜進(jìn)行降解實(shí)驗(yàn)作為對(duì)照。發(fā)現(xiàn)MOFs-SnO2@C對(duì)PRO的降解提高了約5%，一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)提高了約20%。
圖片格式：
1 MOFs-SnO2@C掃描電鏡圖（左） 甲基橙降解效果（右）
2 電壓對(duì)降解效果的影響
3 與非MOFs衍生的纖維膜對(duì)比
