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金属-有机框架材料在废水脱色处理中的应用进展

2023-08-23


创新点

      开发新型废水处理脱色剂及高效脱色工艺对染料进行无害化处理是环境保护,染料脱色领域的研究重点。金属-有机框架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)具有高孔隙、大比表面积、丰富的活性位点等结构优势,成为染料脱色研究的热点材料。本文根据废水中的染料脱色工艺分别综述了近年来MOFs作为吸附剂进行吸附脱色,MOFs作为漆酶载体进行生物降解脱色,MOFs作为催化剂进行光催化脱色,MOFs作为过硫酸盐活化剂进行高级氧化脱色,以及MOFs作为前驱物煅烧生成金属氧化物催化脱色等的研究进展。并对MOFs在染料脱色领域的研究未来的研究方向进行了展望

作者简介

曲琛  助教

      日本京都大学能源科学研究科特定助教、日本能源学会,日本木材学会会员,《能源环境保护》青年编委。主要从事生物质的能源转化,生物质的化学成分表征,MOF的催化剂及其环境应用等相关的研究工作。获得日本学术振兴会(The Japan Society for the Promotion of Science)科学研究助成事业科研费等多项科研费资助。在《ChemSusChem》《Journal of Agriculture Food Chemistry》《 ACS Sustainable Chemistry & Engineering》等高水平期刊发表学术论文多篇(他引达数百次)。

金属-有机框架材料在废水脱色处理中的应用进展


作者

陶娟1,曲琛2,*


单位

1. 江西科技师范大学 生命科学学院

2. 京都大学 大学院能源研究科


基金项目

JSPS KAKENHI Grant Number(22K05932)

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摘要

      合成染料的高毒性、难降解性等引发的环境问题受到广泛关注,因此开发新型废水处理脱色剂及高效脱色工艺对染料进行无害化处理是染料脱色领域的研究重点。金属-有机框架材料(Metal-Organic Frameworks, MOFs)是金属与有机配体通过配位键自组装而成的杂化晶态多孔材料,具有高孔隙、大比表面积、丰富的活性位点等结构优势,成为染料脱色研究的热点材料。本文根据废水中的染料脱色工艺分别综述了近年来MOFs作为吸附剂进行吸附脱色,MOFs作为漆酶载体进行生物降解脱色,MOFs作为催化剂进行光催化脱色,MOFs作为过硫酸盐活化剂进行高级氧化脱色,以及MOFs作为前驱物煅烧生成金属氧化物催化脱色等的研究进展。本文最后对MOFs在染料脱色领域的研究进行了总结,并对未来的研究方向进行了展望。

研究背景

      合成染料因其成本低廉、色彩多样、着色牢固等优点被广泛应用于纺织、印刷、造纸、皮革等领域,由此带来的环境问题也日渐突出。据统计每年超过28000t的合成染料未经利用直接排放到自然界中,其中偶氮类染料占比50%以上,造成严重的环境问题。研究发现偶氮类染料在特定条件下分解产生的芳香胺,经活化作用可改变人体的DNA结构引起病变和诱发癌症。此外,大多合成染料具有高毒性、难降解性,因此排放前需无害化处理。目前工业上染料脱色工艺主要有吸附法、絮凝法、氧化法、生物法等,可有效降低染料浓度,减轻染料对环境的危害。然而上述方法也存在一定的局限,比如吸附法中吸附剂难以回收利用,絮凝法产生的泥渣量多且脱水困难,氧化法电耗高等,因此新型脱色剂以及绿色高效脱色工艺的设计与开发仍是今后染料脱色领域的研究热点。

   金属-有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是有机配体与金属离子或团簇通过配位键自组装而成的一种杂化晶态多孔材料,具有高孔隙率、大比表面积、孔径可调及可裁剪性等优势,已成为现代化学和材料领域的一大研究热点。近年来,MOFs材料在染料脱色领域的研究也备受关注。MOFs既可作为优良吸附剂用于染料的脱除,同时还可用作漆酶等染料降解催化剂的载体,实现催化剂的重复利用。此外,MOFs本身也可作为光催化剂直接参与染料的降解。因此,MOFs材料在染料脱色方面具有广阔的应用前景。本文根据脱色工艺分别综述了近年来MOFs在染料脱色领域的研究进展,最后对未来MOFs用于染料脱色的研究方向进行了展望。

部分图片

图1 合成染料的应用领域

图2 金属-有机框架材料制备示意图

图3 TiO2光催化反应机理示意图

引文格式

陶娟,曲琛.金属-有机框架材料在废水脱色处理中的应用进展[J/OL].能源环境保护:1-8[2023-08-22].DOI:10.20078/j.eep.20230802.

TAO Juan, QU Chen.Advances in the application of metal-organic framework materials in the wastewater decolorization treatment[J/OL].Energy Environmental Protection:1-8[2023-08-22].DOI:10.20078/j.eep.20230802.



  责任编辑:宫在芹
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