用于難降解有機污染物的MOFs衍生SnO2@C纖維膜
作者：晏妮 環(huán)境學院
指導老師：張瀟源 環(huán)境學院
關鍵詞：過濾型陽極、MOFs、SnO2
摘要
日趨嚴格的水質(zhì)標準對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注，但傳統(tǒng)電催化面臨嚴重的傳質(zhì)限制，有研究指出將電催化與膜過濾結(jié)合可以有效加強傳質(zhì)。盡管已經(jīng)有研究成功將亞氧化鈦（Ti4O7）和二氧化錫（SnO2）等催化劑負載于膜上，但是已有研究中大多通過溶膠凝膠法等方法負載催化劑，其活性位點數(shù)目仍有待提升。本研究將陽極氧化與膜過濾結(jié)合，加強傳質(zhì)。創(chuàng)新性地提出陽極使用MOFs衍生SnO2以增加活性位點。本電催化膜可以同時實現(xiàn)有機污染物的高效去除，具有廣闊的應用前景。
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催化陽極（MOFs-SnO2@C），有效增加了反應的活性位點。MOFs是由無機金屬與有機配體通過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，可以為電催化反應提供豐富的位點；且其中均勻分布的金屬原子可以促進碳的石墨化，有利于電催化反應。
降解效果隨電壓升高而提高
本作品探究了電壓對于降解效果的影響。在未加電壓的條件下，主要發(fā)生吸附過程，可以看出該纖維膜對于普萘洛爾（PRO）的吸附不到10%就基本達到飽和。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后降解率分別達到了80%和90%以上。說明MOFs-SnO2@C纖維膜對于普萘洛爾具有很好的降解效果。對降解曲線進行反應動力學擬合發(fā)現(xiàn)，在2 V和3 V的電壓下降解過程均符合一級反應動力學模型，而3 V和2 V相比，一級反應動力學常數(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膜進行降解實驗作為對照。發(fā)現(xiàn)MOFs-SnO2@C對PRO的降解提高了約5%，一級反應動力學常數(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 電壓對降解效果的影響
3 與非MOFs衍生的纖維膜對比
