Fe-Cu双金属MOFs类芬顿降解刚果红的性能与机理

龚建康, 周清芸, 瞿艳梅, 陈妮, 王亚秋, 王邦艳

材料工程 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (02) : 175-185.

Fe-Cu双金属MOFs类芬顿降解刚果红的性能与机理

  • 龚建康, 周清芸, 瞿艳梅, 陈妮, 王亚秋, 王邦艳
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摘要

为解决Fe基MOFs(Fe-MOFs)在类芬顿反应中Fe3+/Fe2+氧化还原循环慢,材料界面电子转移速度低和Fe-MOFs中Fe3+的电子密度高的问题,基于氧化还原偶联反应的原理,采用一步溶剂热法合成了Fe-Cu双金属硝基功能化MOFs材料(NMIL-88B-Cu-1),对其进行表征分析,应用于非均相类芬顿反应降解水体中的刚果红(Congo red,CR),研究了不同材料、H2O2用量、pH、CR的浓度、干扰离子对CR降解的影响及材料稳定性与催化降解的机理。结论如下:Fe3+和Cu2+的摩尔分数均为50%时,能够在α-Fe2O3上组装形成六角棒状结构的介孔型NMIL-88B-Cu-1。在CR的浓度为10 mg/L,pH在3~7范围内,NMIL-88B-Cu-1使用量为0.1 g/L,H2O2浓度为0.5 mol/L时,反应15 min,能够实现对CR快速高效地降解,CR的降解率达98%,NMIL-88B-Cu-1对CR的降解速率分别是NO2-MIL-88B的1.95倍和MIL-88B的2.24倍。在循环4次实验后,CR的降解率达92%,Fe3+/Fe2+的含量比值仅降低了5%,且其晶型结构保持一致,证明了其具有较高的循环稳定性。体系中SO42-和NO3-不影响CR的降解,而Cl-和H2PO4-抑制了CR的降解。机理分析表明,硝基功能化的材料中心Fe3+的电子密度低,Cu2+的引入构建了Fe-Cu双金属MOFs材料,通过Fe与Cu之间的氧化还原偶联反应和Fe-Cu的协同作用,有效促进了Fe2+形成,加速了NMIL-88B材料界面e-转移,产生的·OH能够将CR氧化降解为CO2和H2O等无机小分子物质。

关键词

双金属MOFs / 非均相类芬顿反应 / 羟基自由基 / 催化降解

中图分类号

X703

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龚建康, 周清芸, 瞿艳梅, 陈妮, 王亚秋, 王邦艳. Fe-Cu双金属MOFs类芬顿降解刚果红的性能与机理. 材料工程. 2025, 53(02): 175-185

基金

云南省科技厅地方高校联合专项青年基金项目(202101BA070001-242); 云南省大学生创新创业训练项目(202106050148)

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