金属有机骨架材料MIL-1OO(Fe)的制备及其应用

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910143894.2(22)申请日 2019.02.27(71)申请人 湖北大学地址 430062 湖北省武汉市武昌区友谊大道368号(72)发明人 党雪平　张碧容　黄品　陈怀侠　(74)专利代理机构 武汉智嘉联合知识产权代理事务所(普通合伙) 42231代理人 黄君军(51)Int.Cl.G01N 27/30(2006.01)(54)发明名称一种铁基有机骨架材料MIL-100(Fe)及其电化学制备方法与应用(57)摘要本发明公开了一种铁基有机骨架材料MIL -100(Fe )及其电化学制备方法与应用，所述方法包括：(1)将三电极体系分别进行预处理，所述三电极体系即以导电材料作为工作电极，铂电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极；(2)将三电极体系插入含有FeCl 3·6H 2O、H 3BTC和Et 3NHCl的DMF溶液中，在恒电位-1.1V～-2V下电沉积得到薄膜材料，所述FeCl 3·6H 2O、H 3BTC和Et 3NHCl三者的摩尔比为2～6：1～4：1～8；(3)将得到的薄膜材料进行清洗烘干后即得铁基有机骨架材料MIL -100(Fe)；该薄膜材料可用于电化学传感器和物质的分离与富集。

权利要求书1页 说明书7页 附图7页CN 109828011 A 2019.05.31C N 109828011A权　利　要　求　书1/1页CN 109828011 A1.一种铁基有机骨架材料MIL-100(Fe)的电化学制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将三电极体系分别进行预处理，所述三电极体系即以导电材料作为工作电极，铂电极作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极；步骤2、将所述三电极体系插入含有FeCl3·6H2O、H3BTC和Et3NHCl的DMF溶液中，在恒电位下电沉积得到薄膜，所述FeCl3·6H2O、H3BTC和Et3NHCl三者的摩尔比为2～6：1～4：1～8；步骤3、电沉积完后将步骤2得到的薄膜材料进行清洗并烘干，即得到铁基有机骨架材料MIL-100(Fe)。

金属有机骨架MIL101材料合成及其应用研究一、本文概述随着科技的不断进步，新材料的研究与应用日益成为科学研究的热点领域。

其中，金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）作为一种新型多孔材料，因其独特的结构和性质，在气体储存、分离、催化、药物传递等领域展现出巨大的应用潜力。

尤其是MIL101材料，作为MOFs家族中的一员，其优异的稳定性和大孔容使其成为研究焦点。

本文旨在深入探讨MIL101材料的合成方法、表征手段以及其在多个领域的应用研究进展，以期为未来MIL101材料的进一步应用提供理论支持和实践指导。

本文首先综述了MIL101材料的合成方法，包括溶剂热法、微波辅助合成、机械化学合成等，并对各种方法的优缺点进行了比较。

接着，通过射线衍射、扫描电子显微镜、氮气吸附等手段对合成出的MIL101材料进行表征，以确保其结构和性质的准确性。

在此基础上，本文重点分析了MIL101材料在气体储存与分离、催化、药物传递等领域的应用研究进展，总结了其在实际应用中的优势和挑战。

本文展望了MIL101材料未来的研究方向和应用前景，以期推动该领域的发展。

二、MIL101材料的合成方法金属有机骨架（MOFs）是一类由金属离子或金属离子簇与有机配体通过配位键连接形成的多孔晶体材料。

MIL101，作为MOFs家族中的一员，因其独特的结构和性质，在气体存储、分离、催化等多个领域表现出广阔的应用前景。

本章节将详细介绍MIL101材料的合成方法。

MIL101的合成通常涉及溶剂热法，这是一种在溶剂中加热反应混合物以促进晶体生长的方法。

将所需的金属盐和有机配体按照特定的摩尔比例溶解在适当的溶剂中，如N,N-二甲基甲酰胺（DMF）或二甲基亚砜（DMSO）。

随后，将混合溶液转移到密封的反应釜中，在高温（通常为200-250℃）下进行反应。

在反应过程中，金属离子与有机配体通过配位作用自组装形成MIL101晶体。

金属有机骨架材料的合成及应用一、背景金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一种类似于沸石的新型纳米多孔材料，具有结构组成的多样性、较大的比表面积和孔隙率、热稳定性好、可裁剪性的孔等特点，可应用在气体储存、分离、催化等领域。

多孔材料具有规则而均匀的孔道结构，其中包括孔道的大小、形状、维数、走向以及孔壁的组成和性质。

孔道的大小、尺寸是多孔材料结构的最重要特征。

人们把尺寸范围在2 nm 以下的孔道称为微孔，尺寸范围在2 ~50 nm 的孔道称为介孔，孔道尺寸大于50 nm 的就属于大孔范围了。

多孔材料在许多领域有着广泛的应用，如微孔分子筛作为主要的催化材料、吸附分离材料和离子交换材料在石油加工、石油化工、精细化工以及日用化工中起着越来越重要的作用。

在高新技术应用领域，多孔材料也展现出良好的发展前景，如人们利用瓶中造船路线，在微孔分子筛孔道中制备染料复合体，为进一步研究固体微激光器提供基础；通过纳米化学反应路线技术，在微孔分子筛笼中制备Cd4S4 纳米团簇或通过“嫁接”或“锚装”等方法组装具有特定功能与性质的复杂分子、配合物、簇合物、金属有机化合物、超分子、纳米态、齐聚体与高聚物等。

半个世纪以来，随着多孔材料类型与品种的不断扩充与发展，应用领域的拓宽与需求的增加，研究领域和学科间交叉与渗透的日益加强及深化，研究方法与现代试验技术的进步，大大推动了多孔材料化学内涵的深入与学科面的拓宽。

1 无机微孔化合物近二十年来，无机微孔化合物的发展极为迅速，它的种类从最初的沸石分子筛，逐渐又增加了磷酸盐、砷酸盐、锗酸盐、亚磷酸盐、硫酸盐、亚硒酸盐以及金属硫化物等类沸石微孔化合物。

这类化合物被广泛应用于催化、吸附、分离和离子交换等领域。

然而随着无机微孔化合物种类的增多以及应用领域的不断拓展，人们对它的性能又提出了更多和更高的要求。

微孔化合物的结构与其性能紧密相关，例如，超大微孔结构能进行大分子催化反应；特种笼腔结构适用于特定微反应器与特种分子功能材料的组装；含有手性孔道的化合物有利于进行手性分子拆分与不对称催化反应等。

金属有机骨架材料MIL-1OO(Fe)的制备及其应用金属有机骨架材料MIL-100(Fe)是一种具有高度可控性和可调性的多孔材料，具有广泛的应用前景。

本文将介绍MIL-100(Fe)的制备方法，并探讨其在气体吸附、催化和分离等领域的应用。

第一部分：MIL-100(Fe)的制备方法1. 原料准备：取得所需的金属盐和有机配体，常见的金属盐包括FeCl3、Fe(NO3)3等，常见的有机配体包括terephthalic acid (TPA)、benzene-1,4-dicarboxylic acid (BDC)等。

2. 溶剂选择：选择合适的溶剂对金属盐和有机配体进行溶解。

常用的溶剂有N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)等。

3. 混合溶液制备：将金属盐和有机配体溶解在适量的溶剂中，并进行充分搅拌使其均匀混合。

4. 快速加热：将混合溶液转移到加热反应器中，进行快速加热。

一般可选择热板、热炉等设备进行加热。

5. 静置结晶：将反应器中的混合溶液静置一段时间，使其缓慢结晶生成固体。

6. 洗涤和干燥：将结晶固体用适量的溶剂进行洗涤，以去除杂质。

然后进行干燥，可选择空气干燥或真空干燥。

以上是一种常见的制备方法，当然还有其他许多方法，如水热法、溶胶-凝胶法等，具体的制备方法可以根据需要进行选择。

第二部分：MIL-100(Fe)的应用1. 气体吸附：MIL-100(Fe)具有高度可调性的孔道和大比表面积，使其表现出优异的气体吸附性能。

可以用于气体存储、气体分离等领域。

例如，MIL-100(Fe)在CO2捕获和储存中展现出良好的性能。

2. 催化：MIL-100(Fe)通过调控孔道结构和金属活性位点，实现了催化反应的高效率和选择性。

可以应用于有机合成、能源转化等领域。

例如，MIL-100(Fe)在氧化烃催化剂中具有潜在的应用前景。

3. 分离：MIL-100(Fe)的多孔结构和吸附能力使其可应用于分离技术。

可以应用于水处理、有机物分离等领域。

《铁基金属有机骨架NH2-MIL-101-MIL-101（FeⅡ）的制备及其催化应用》铁基金属有机骨架NH2-MIL-101-MIL-101（FeⅡ）的制备及其催化应用一、引言近年来，随着人们对环保和可持续性发展的日益关注，多孔材料在化学、环境科学、生物医学和材料科学等领域的应用日益广泛。

金属有机骨架（MOFs）作为一类具有高度结构多样性和性能独特性的多孔材料，已引起了科研工作者的广泛关注。

本文着重研究铁基金属有机骨架NH2-MIL-101/MIL-101（FeⅡ）的制备方法及其在催化领域的应用。

二、NH2-MIL-101/MIL-101（FeⅡ）的制备（一）材料与试剂在制备过程中，我们需要的主要原料包括铁盐、配体、溶剂和其他添加剂等。

所有试剂均需为分析纯，并在使用前进行必要的干燥处理。

（二）制备方法NH2-MIL-101/MIL-101（FeⅡ）的制备主要采用溶剂热法。

首先，将铁盐和配体按照一定比例溶解在适当的溶剂中，然后在一定温度下进行溶剂热反应，得到目标产物。

具体的反应条件和步骤需要根据实验需求进行优化。

三、NH2-MIL-101/MIL-101（FeⅡ）的结构与性能（一）结构分析通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的NH2-MIL-101/MIL-101（FeⅡ）进行结构分析，结果表明其具有典型的MOF结构，且具有较高的结晶度和良好的形貌。

（二）性能评价NH2-MIL-101/MIL-101（FeⅡ）具有良好的化学稳定性和热稳定性，同时具有较大的比表面积和孔容，使其在催化、吸附、分离等领域具有广泛的应用前景。

四、NH2-MIL-101/MIL-101（FeⅡ）的催化应用（一）催化反应类型NH2-MIL-101/MIL-101（FeⅡ）可应用于多种催化反应，如烷基化、酯化、加氢等反应。

由于具有较大的比表面积和良好的化学稳定性，其能有效地提高催化反应的活性和选择性。

金属有机骨架MIL-101(Fe)吸附As(Ⅲ)的性能吴桂萍;林晓宇;蒋实;崔龙哲【摘要】以对苯二甲酸为有机配体,Fe(Ⅲ)为中心金属,采用溶剂热法合成了金属有机骨架材料MIL-101(Fe),通过XRD,SEM对其结构进行了表征.用MIL-101(Fe)吸附溶液中的As(Ⅲ),考察了溶液pH值、反应时间、溶液浓度及温度对吸附的影响.结果表明:溶液pH对吸附影响明显,pH=9时,吸附效果最佳;MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附速率较快,吸附过程符合拟二级动力学;等温吸附实验数据用Langmuir和TemKin模型拟合良好,303 K条件下,MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的最大吸附量为211.42 mg·g-1;热力学参数ΔG、ΔH均小于0,吸附过程为自发放热反应;MIL-101(Fe)的中心金属Fe与亚砷酸根的配位作用在吸附过程中起主要作用.【期刊名称】《中南民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(038)001【总页数】7页(P27-33)【关键词】金属有机骨架;吸附;三价砷;MIL-101(Fe)【作者】吴桂萍;林晓宇;蒋实;崔龙哲【作者单位】中南民族大学资源与环境学院,武汉430074;中南民族大学资源与环境学院,武汉430074;中南民族大学资源与环境学院,武汉430074;中南民族大学资源与环境学院,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】X703砷(As)是一种类金属，由于自然风化、地球化学反应及生物作业等自然活动和人类活动，使得大量砷排放泄露到环境中，对生态环境造成严重危害[1].砷在水体中主要以含氧化合物的形式存在，如As(Ⅲ)和其中As(Ⅲ)的毒性远高于As(V)，长期接触被As污染的水体会对人体造成极大危害，可导致黑足病、癌症、基因突变等[2,3].因其高毒性，世界卫生组织(WHO)规定饮用水中As的最大含量不能超过10 μg·L-1[4].目前，常用的去除水体中As的方法有吸附法[1]、离子交换[5]、膜处理、化学沉淀法、生物富集，其中吸附法最为简单、安全、高效、彻底. Fe基吸附材料对水体中As有较好的吸附性能，近年纳米铁、铁氧化物对水体中As的去除获得了广泛的研究[6,7].金属有机骨架(MOFs)是金属离子通过配位键与有机配体上的配体官能团相互作用形成的一种无限结构的配合物，具有孔隙率较高、种类较多、比表面积较大、结构性能优良等优点，被广泛应用于吸附、催化、气体储存等方面[8,9].MIL-101型金属有机骨架是以铁、铝或铬为中心与对苯二甲酸通过配位作用形成一种具有八面体结构材料，作为一种新型的吸附材料，被广泛应用于气体分离与富集及水中污染物的吸附. MOFs还被广泛应用于环境中砷的去除，Li等[10]发现MOF-808对水体中砷的最大吸附量为84.83 mg·g-1，Liu等[11]研究表明ZIF-8对水溶液中砷的最大吸附可达到108 mg·g-1.本文采用水热法合成金属有机骨架材料MIL-101(Fe)[12]，以水中的As(Ⅲ)为吸附对象，探讨溶液pH、时间、溶液浓度、温度等因素对MIL-101(Fe)吸附As(Ⅲ)的影响，并对其吸附动力学、吸附等温线、热力学等进行了研究.1 实验部分1.1 材料和仪器N,N-二甲基甲酰胺DMF、六水三氯化铁、丙酮、氢氧化钠、盐酸(AR,国药集团化学试剂有限公司)；亚砷酸钠(CP,上海化学试剂总厂所属上海试剂四厂)；对苯二甲酸(99%,aladdin).pH计(Phs-3C,上海仪电科学仪器)；电子天平[FR224CN,上海奥豪斯仪器(常州)]；原子吸收光谱仪 (iCE 3500,美国Thermo Fisher )；X-射线衍射仪(D8 ADVANCE,德国Bruker)；场发射扫描电子显微镜(Supra 40vp,德国Carl Zeiss)；X-光电子能谱仪(Multilab AB2000,美国Thermo).1.2 材料制备称取1.1009 g对苯二甲酸和3.2243 g FeCl3·6H2O搅拌溶于70 mL DMF中,转移至反应釜中,于383.15 K下反应24 h.将得到的橙色固体在333.15 K下用DMF 清洗3次，再用丙酮在323.15 K下清洗3次，离心，将所得固体于333.15 K下真空干燥、研磨，得橙色产品，即为MIL-101(Fe).1.3 吸附实验1.3.1 pH对吸附的影响称取0.02 g MIL-101(Fe)加入至50 mL浓度为50 mg·L-1As(Ⅲ)溶液中，分别调pH为2～11.于恒温震荡器(180 r·min-1)中震荡吸附8 h，吸附结束后，抽取部分溶液过膜(0.45 μm)，通过原子吸收光谱仪(火焰原子吸收)测定溶液中As(Ⅲ)浓度及溶出的Fe离子的浓度.1.3.2 接触时间对吸附的影响称取0.2 g MIL-101(Fe)放入500 mL浓度为50 mg·L-1As(Ⅲ)溶液中，调节pH=9，在1～480 min内于设定的时间取样过膜(0.45 μm)，测定溶液中As(Ⅲ)浓度.实验结果通过拟一级动力学(1)式及拟二级动力学(2)式进行拟合.拟一级动力学是基于膜扩散理论的假设，认为吸附速率与平衡吸附量和吸附量之差的一次方成正比.吸附过程由扩散步骤(膜扩散或颗粒内扩散)控制，公式如下：拟二级动力学是基于吸附速率受化学吸附速率控制的假设，认为吸附包括吸附剂和被吸附物之间电子对的共享或转移，公式如下：(2)式中：qe为平衡吸附量，mg·L-1；qt为t时刻的吸附量，mg·g-1；k1 为拟一级动力学速率常数，min-1，k2 为拟二级动力学速率常数，g·mg-1·min-1.1.3.3 溶液浓度对吸附的影响称取0.02 g MIL-101(Fe)放入50 mL As(Ⅲ)溶液中，设置浓度为20,50,100,150,200,300,500 mg·L-1.调节pH=9，吸附180 min后取样过膜(0.45 μm)，测定溶液中As(Ⅲ)浓度，结果通过Langmuir(3)式、Freundlich(4)式、BET(5)式、TemKin(6)式模型进行拟合分析. Langmuir模型认为吸附属于单层吸附且吸附热为一常数，与覆盖度无关.同时，吸附剂表面活性位点均匀分布，并且假定吸附质分子之间无相互作用[13]，公式如下：(3)Freundlich模型不受单层吸附的限制且吸附剂表面的吸附位点非均匀分布.一般认为：当1 /n在0.1～0.5表明吸附过程比较容易进行，当1/n>2表明吸附不容易进行[14] ，公式如下：(4)BET模型适合用于多层吸附，吸附剂和被吸附物之间作用力为范德华力.如果实验数据符合BET模型，则吸附以物理吸附为主，公式如下：TenKin模型指的是吸附质在表面的吸附热随覆盖度的增大而线性降低.若实验结果符合TenKin模型，则认为吸附以化学吸附为主，公式如下：qe=BT×(lnA+lnce).(6)式(3)～(6)中：c0为As(Ⅲ)的初始浓度，mg·L-1；ce为吸附平衡浓度，mg·L-1；qe为吸附达到平衡时的吸附容量，mg·g-1；qm为最大吸附量，为单层铺满时的吸附量，mg·g-1.1.3.4 温度对吸附的影响称取0.02 g MIL-101(Fe)放入50 mL浓度为50 mg·L-1As(Ⅲ)溶液中，调节pH=9.分别将溶液至于293.15,303.15,313.15,323.15,333.15 K条件下吸附180 min后取样过膜(0.45 μm)，测定溶液中As(Ⅲ)浓度.实验结果通过如下公式(7～9)进行热力学分析[15].(7)ΔG=-RTlnKd,(8)(9)2 结果与讨论2.1 MIL-101(Fe)性能表征2.1.1 XRD分析用X-射线衍射仪对实验中合成的MIL-101(Fe)和经酸(pH=2)浸泡3 h之后的MIL-101(Fe)进行了分析，并与数据库中MIL-101型骨架的标准XRD图谱进行了比较，结果见图1.由图1可见：合成的MIL-101(Fe)在2θ=5.103°,8.333°,8.971°,10.205°,16.377°出现较明显的衍射峰，与数据库以及文献中MIL-101型骨架的标准XRD特征峰基本一致[12,16]，证明实验中成功合成了金属有机骨架MIL-101(Fe).MIL-101(Fe)耐酸性较差，在pH=2的酸中浸泡之后，其晶体结构坍塌，XRD特征峰消失.1)MIL-101(Fe)拟合；2)MIL-101(Fe)合成；3)MIL-101(Fe)(pH=2)图1 MIL-101(Fe)的XRD图谱Fig.1 XRD patterns of MIL-101(Fe)2.1.2 SEM分析用场发射扫描电子显微镜对合成的MIL-101(Fe)进行SEM分析，MIL-101(Fe)放大15万倍后的分析结果见图2.由图2可知：合成的MIL-101(Fe)为正八面体结构，其尺寸约为600 nm.图2 MIL-101(Fe)的SEM图谱Fig.2 SEM patterns of MIL-101(Fe)2.2 pH对吸附的影响研究中考察了溶液pH对吸附的影响，并以Fe溶出浓度为参数考察了不同pH条件下MIL-101(Fe)的稳定性，结果如图3.图3 pH对MIL-101(Fe)稳定性及对As(Ⅲ)吸附效果的影响 Fig.3 Effect of pH on stability of MIL-101(Fe) and adsorption of As(Ⅲ)由图3可知：MIL-101(Fe)在pH为4～11的水溶液中较稳定，Fe溶出浓度很低；但在pH<4时，Fe溶出浓度随着pH的降低而急剧增大，说明MIL-101(Fe)在强酸性条件下，晶体结构遭到不同程度的破坏，结果与XRD分析一致，溶液pH对吸附的影响较大.为了进一步分析pH的影响，用Medusa软件对在298.15 K下,浓度为50 mg·L-1的As(Ⅲ)溶液在不同pH下的存在形态进行了拟合，结果见图4.由图4可见：As(Ⅲ)在溶液中可能存在的形态有等6种.当pH在2～9范围内，随着pH的增加，MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附量逐渐增大.随着pH的升高，带正电的逐渐减少，而带负电的逐渐增多，因吸附剂MIL-101(Fe)的正电中心对带负电的组分有较强的作用力，导致吸附量随着pH的升高而逐渐增大.但pH在9～11范围内，MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附量随着pH的升高呈现减小的趋势(见图3)，是由于当pH>9 时，溶液中带负电的含量虽有所增加，但大量存在的OH-与其形成竞争吸附，不利于As(Ⅲ)到达MIL-101(Fe)表面而导致吸附量降低.图4 不同pH下As(Ⅲ)的存在形态Fig.4 Existing forms of As(Ⅲ) under different pH2.3 吸附动力学MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附量随时间的变化如图5所示.图5 反应时间对As(Ⅲ)吸附效果的影响Fig.5 Effects of reaction time on adsorption of As(Ⅲ)由图5可知：MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附速率较快，温度对吸附速率及吸附量均有一定的影响，吸附速率随着温度上升而增加，在303,313,323 K条件下达到吸附平衡所需要的时间分别为10,5,1 min，但随温度的升高，平衡吸附量有一定程度的降低.用拟一级和拟二级动力学模型对图5中的数据进行拟合，结果如图6所示，相关拟合参数如表1所示.由图6和表1可知：拟二级动力学的相关系数更加接近于1，表明MIL-101(Fe)对溶液中As(Ⅲ)的吸附符合拟二级动力学模型，即吸附速率的控制因素为MIL-101(Fe)与As(Ⅲ)之间的化学反应速率.同时，K323 K>K313K>K303 K，表明升高温度有利于提高吸附速率，说明随着温度的升高，体系中有效碰撞次数增加，加快反应进行.1)323 K; 2)313 K; 3)303 K图6 MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附动力学模型Fig.6 Adsorption kinetics of As(Ⅲ) adsorption by MIL-101(Fe)表1 MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)吸附拟二级动力学相关参数Tab.1 Parameters of the As(Ⅲ) adsorption for the pseudo-second-orderT / K拟二级动力学参数R2K2 / (g·mg-1·min-1)3030.99670.00173130.99980.005673230.99990.007472.4 等温吸附溶液平衡浓度对吸附量的影响结果见图7.图7 溶液浓度对吸附效果的影响Fig.7 Effects of concentration on adsorption of As(Ⅲ)由图7可见：在平衡浓度小于30 mg·L-1时，随着平衡浓度的增加，吸附量有较大幅度的增加；平衡浓度在30～200 mg·L-1范围内，随着浓度的增加，吸附量增加幅度较小；当平衡浓度大于200 mg·L-1时，随着溶液浓度的增加，吸附量基本保持不变.由于在浓度较低时，吸附剂表面有大量活性位点未参与吸附，故随着溶液中As(Ⅲ)浓度的增加，吸附量出现较大幅度的提升；当溶液浓度大于200 mg·L-1时，吸附剂上的活性位点基本已经被占据，吸附量基本保持不变.用Langmuir,TemKin等温模型对图7中的数据进行拟合，结果如图8所示，相关拟合参数如表2所示.由图8和表2可知：Langmuir和TemKin模型与MIL-101(Fe)吸附As(Ⅲ)的实验数据拟合良好，相关系数(R2)均大于0.95，说明吸附剂MIL-101(Fe)表面均匀，对As(Ⅲ)的吸附以单层化学吸附为主.a) Langmuir b)TemKin图8 MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)吸附的等温吸附模型Fig.8 Isotherm adsorptionmodelof As(Ⅲ) adsorption by MIL-101(Fe)表2 MIL-101(Fe)吸附As(Ⅲ)的等温吸附模型相关参数Tab.2 Parameters of As(Ⅲ) adsorption for adsorption isotherm model模型参数LangmuirR2KLqm/(mg·g-1)TemKinR2BT数值0.99750.0882211.420.97850.03452.5 吸附热力学在293.15,303.15,313.15,323.15,333.15 K的条件下用MIL-101(Fe)吸附溶液中的As(Ⅲ)，MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附量随着温度的升高而降低，结果如图9a所示.a)温度对MIL-101(Fe)吸附As(Ⅲ)的影响; b) 吸附热力学拟合图9 MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附热力学Fig.9 Adsorption thermodynamics of As(Ⅲ) adsorption by MIL-101(Fe)对图9a中的数据进行热力学拟合，结果如图9b及表3所示.由图9和表3可知：ΔG<0，表明MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附是自发进行；ΔH=-31.287 kJ·m ol-1，表明吸附过程为放热过程，升高温度不利于吸附作用，与实验结果相符[17]；ΔS=-84.993 J·mol-1·K-1，表明在吸附过程中，大量As(Ⅲ)被吸附到吸附剂上，使溶液中自由离子含量减少，即在吸附过程中整个水溶液体系的混乱度减少. 同时表明，自发反应可以进行的推动作用是体系能量的降低.表3 MIL-101(Fe)吸附As(Ⅲ)的热力学相关参数Tab.3 Relatedarameters ofAs(Ⅲ) adsorption by MIL- 101(Fe) for adsorption thermodynamicT/KKd/(L·mg-1)ΔG /(KJ·mol-1)ΔS /(J·mol-1·K-1)ΔH /(kJ·mol-1)293.1514.493-6.516303.15 8.430-5.373313.15 5.691-4.527-84.993-31.287323.15 4.328-3.936333.15 2.963-3.0082.6 吸附机理分析为了探讨吸附机理，对吸附前后MIL-101(Fe)样品中的Fe,As,O进行XPS分析，结果见图10.由图10可知：图10a为Fe2p图谱，710.7,712.38 eV处为Fe2p3/2的特征峰，724.52,726.2 eV处分别为710.7,712.38 eV所对应的Fe2p1/2的峰.在吸附前后，Fe2p峰所在位置以及含量没有发生明显变化，表明在吸附过程中，Fe的价态没有发生变化，始终以Fe3+形式存在[18].As在溶液中主要以As(Ⅲ)和As(V)形式存在，一般认为，当As的结合能在44.2～44.5 eV范围内时代表As(Ⅲ)；而As(V)的峰主要出现在45.2～45.6 eV范围之内.由图10b可知，吸附后的As3d图谱在44.35 eV处出现明显的特征峰，故而表明在吸附过程中As的价态基本没有发生变化，仍然以As(Ⅲ)的形式被吸附[19].a) Fe2p b) As3d c) O1s图10 As(Ⅲ)吸附前后MIL-101(Fe)XPS分析Fig.10 XPS spectra of MIL-101(Fe) before and after adsorption of As(Ⅲ)O1s的XPS图谱分析如图10c所示，结合能在531.3,532.2 eV处的特征峰分别代表MIL-101(Fe)中的C—O键和C==O键.529.5,530.5 eV处的峰为Fe—O的特征峰，由表4可知：吸附后MIL-101(Fe)上Fe—O峰的百分含量明显增大，由于As与MIL-101(Fe)的中心金属Fe发生作用生成配位键(Fe←O—As)导致[7].结合前文pH影响、动力学、等温吸附研究的结果，推测MIL-101(Fe)吸附As(Ⅲ)的作用机制主要是MIL-101(Fe)的金属中心Fe与As(Ⅲ)以配位的方式产生化学吸附，如图11所示.表4 各含氧化学键的百分含量Tab.4 Percentage of each oxygen chemical bond不同时段各含氧化学键的百分含量/%Fe—OC—OC==0吸附前29.8337.8132.36吸附后64.9323.7011.37图11 吸附反应方程式Fig.11 Adsorption reaction equation3 结论(1) pH对MIL-101(Fe)吸附As(Ⅲ)影响较大.当pH<9时，随着pH的升高，MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附量随之升高；当pH>9时，随着pH继续升高，MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附量下降.(2)MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)吸附速率较快，在303,313,323 K条件下分别于10,5,1min达到吸附平衡.吸附过程符合拟二级动力学，影响吸附速率的控制因素为MIL-101(Fe)与As(Ⅲ)之间的化学反应.(3)吸附符合Langmuir及TemKin等温吸附模型，即MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附为单层化学吸附.(4)热力学参数(ΔG,ΔH,ΔS)均小于0，表明吸附过程为自发放热反应，且体系混乱度减小.(5)在吸附过程中，Fe和As基本无价态变化，MIL-101(Fe)对As(Ⅲ)的吸附主要通过中心金属Fe与亚砷酸根之间的配位作用来实现.参考文献【相关文献】[1] 董双快，徐万里，吴福飞，等.铁改性生物炭促进土壤砷形态转化抑制植物砷吸收[J].农业工程学报,2016,32(15):204-210.[2] SATTAR A,XIE S Y,HAFEEZ M A,et al. 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Adsorption,oxidation,and reduction behavior of arsenic in the removal of aqueous As(Ⅲ) by mesoporous Fe/Al bimetallic particles[J]. Water Res,2016,96: 22-31.。

《铁基金属有机骨架NH2-MIL-101-MIL-101（FeⅡ）的制备及其催化应用》铁基金属有机骨架NH2-MIL-101-MIL-101（FeⅡ）的制备及其催化应用摘要：本文主要研究铁基金属有机骨架（MIL-101）的合成及其衍生物NH2-MIL-101的制备过程，同时探讨了这两种材料在催化领域的应用。

通过对合成条件的优化，我们成功制备了高质量的MIL-101（FeⅡ）和NH2-MIL-101，并对其催化性能进行了详细的研究。

一、引言金属有机骨架（MOFs）是一种具有独特结构和性能的新型多孔材料，因其高比表面积、可调的孔径和优异的化学稳定性，在催化、吸附、分离等领域具有广泛的应用。

其中，MIL-101系列MOFs因其优异的性能而备受关注。

本文重点研究了铁基金属有机骨架NH2-MIL-101/MIL-101（FeⅡ）的制备及其在催化领域的应用。

二、实验部分1. 材料与试剂实验所需试剂包括铁盐、有机连接剂、溶剂等，所有试剂均为分析纯。

2. MOFs的制备（1）MIL-101（FeⅡ）的制备：将铁盐和有机连接剂在溶剂中混合，调节pH值，于一定温度下反应，得到MIL-101（FeⅡ）。

（2）NH2-MIL-101的制备：在MIL-101（FeⅡ）的基础上，引入氨基基团，得到NH2-MIL-101。

3. 催化剂的表征采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、氮气吸附-脱附等手段对催化剂进行表征。

三、结果与讨论1. MOFs的制备及表征通过优化合成条件，我们成功制备了高质量的MIL-101（FeⅡ）和NH2-MIL-101。

XRD结果表明，两种MOFs均具有较高的结晶度。

SEM图像显示，MOFs具有均匀的孔结构和良好的形貌。

氮气吸附-脱附实验表明，MOFs具有较高的比表面积和孔体积。

2. 催化性能研究（1）催化反应类型及条件：以某典型反应为例，研究了MOFs在催化领域的应用。

在一定的温度、压力和反应时间下，对催化剂的性能进行了评估。

《金属有机框架MIL-100(Fe)的结构与界面调控及其光芬顿性能研究》篇一一、引言金属有机框架（MOFs）作为一种新型的多孔材料，因其独特的结构特性和良好的化学稳定性，近年来在催化、吸附、分离以及光催化等领域得到了广泛的应用。

其中，MIL-100(Fe)作为一种典型的MOF材料，其结构与界面调控及其光芬顿性能的研究具有重要的科学意义和应用价值。

本文将重点研究MIL-100(Fe)的结构与界面调控，并探讨其光芬顿性能的潜在应用。

二、MIL-100(Fe)的结构特点MIL-100(Fe)是一种以铁离子为节点，有机连接基团为桥梁的三维框架结构。

其结构中，铁离子与有机连接基团通过配位键相连，形成了一种具有高度开放性和多孔性的结构。

这种结构使得MIL-100(Fe)具有较大的比表面积和良好的化学稳定性，为其在催化、吸附、分离等领域的应用提供了可能。

三、MIL-100(Fe)的界面调控界面调控是提高MIL-100(Fe)性能的关键手段之一。

通过引入其他金属离子、改变有机连接基团的种类和长度等方式，可以实现对MIL-100(Fe)的界面调控。

这些调控手段可以改变MIL-100(Fe)的电子结构、能级分布以及表面性质，从而影响其光芬顿性能。

此外，通过引入缺陷、掺杂等手段，可以进一步优化MIL-100(Fe)的界面性质，提高其光催化性能。

四、光芬顿性能研究光芬顿反应是一种利用光激发产生的活性氧物种（如羟基自由基等）参与的氧化还原反应。

MIL-100(Fe)具有优异的光吸收能力和电子传输性能，使其成为光芬顿反应的理想催化剂。

通过研究MIL-100(Fe)的光芬顿性能，可以探讨其在环保、能源、医疗等领域的应用潜力。

例如，MIL-100(Fe)可以用于降解有机污染物、杀菌消毒、产氢等方面的应用。

五、实验方法与结果分析本研究采用水热法合成MIL-100(Fe)，并通过XRD、SEM、TEM等手段对其结构进行表征。

通过引入其他金属离子、改变有机连接基团的种类和长度等方式，实现对MIL-100(Fe)的界面调控。