1. 研究目的与意义
1.1 研究背景
目前，全球染料年产量超过700万吨，所有的染料品种已经超过10万余种，常用染料有2000种以上，而且每年人工合成的新型染料也层出不穷。我国染料年产能约为130万吨，占全球产能的60%以上，占全球40%以上的市场份额，常规生产品种约800个，染料中间体年产量约45万吨，是名副其实的染料生产和使用大国。
染料是一种有颜色的能使纤维和其他材料着色的物质，主要由天然和合成两大类组成。其中绝大部分染料都是有色的有机化合物，大多数的染料都可溶在水中。目前，染料已不只局限于各种天然纤维如棉、毛、丝、麻及纺织物的染色和印花，它在油漆、塑料、纸张、皮革、光电通讯、食品等许多领域都得到了一定的应用。
染料在给人们的生活带来绚丽多彩的颜色并产生巨大经济效益的同时，也产生大量对环境有害的染料废水，这些废水被排放到环境水域中，会污染自然水域。由染料工业产生的废水在全世界范围内都是一个非常重要的污染问题，对于此类工业废水的处理应该得到重视。其中，活性染料废水的生物降解是最困难的。这些染料在低浓度时就能使水体产生明显的颜色变化，因此即便是少量的染料也会污染大面积水域。
目前废水中染料的处理方法主要有以下几种：(1)超声波法：是指在适当震荡频率波段的振荡影响下，使废水中大分子有机物开链成为小分子，并且同时在水分子快速的热运动下，迅速凝结絮凝，从而使水质得以净化的一种技术方法。(2)膜分离法：利用膜的选择透过性，将废水中的某些物质分离出来，从而达到废水处理的一种方法。(3)高能物理法：是一种新兴的废水处理方法，目前尚处在实验室水平，还没有应用于实际生产当中，主要原因是其对技术要求相对要高，而且运行费用较大，故此法还需要依赖大量的研究工作才能够实际运用。(4)吸附法：是指利用多孔性吸附剂的物理或化学等吸附性能将废水中的杂质物质吸附于吸附剂表面，而使废水得到处理的一种方法。
上述方法中，吸附法不仅对生活污水中的染料有很好的去除效果，而且操作方便。在众多吸附剂中，MOFs材料由于具有大的比表面积，丰富的金属活性位点和结构可调节性，充当吸附剂时拥有丰富的拓扑结构以及可调控的孔道性质，因此备受关注。
1.2 研究目的与意义
当今我国正处于高速发展的时代，社会生产活动十分频繁，废水中的染料污染现象也变得越来越严重，染料污染问题已经成为一个长期影响人民群众健康安全的重大问题。目前，我环境安全卫生标准正日渐完善，探寻能够有效解决染料污染问题的技术也成为一个非常重要的课题。由于吸附法方便简易、价格便宜、效果明显，多年来， 国内外的研究人员研究了各式各样的吸附材料，从制备方法、吸附效果、制备成本、适用条件等角度不断完善各类吸附剂的性能，已经取得了一定的进展。如何获得泛用性强、吸附量大、成本低廉、吸附速率快的高效吸附剂也成为科研人员共同关注的话题之一。本研究拟合成Ce-MOFs，探究其对有机染料的吸附性能，并探索出合成的Ce-MOFs材料对有机染料吸附能力的最佳条件。
2. 研究内容和预期目标
2.1 主要研究内容
1、在室温合成的基础下探索Ce-MOFs的合成方法。
2、对合成的Ce-MOFs的形貌以及组成进行表征。
3、初步探索合成材料对有机染料的吸附能力。
2.2 预期目标
1、多次实验探索、对比获得Ce-MOFs的较优合成方法及路线。
2、通过仪器表征获得Ce-MOFs材料的组成与形貌信息。
3、探索出合成的Ce-MOFs材料对有机染料吸附能力的最佳条件。
3. 研究的方法与步骤
采用室温合成的方法，通过改变反应时间、选择不同的分子调节剂和铈金属与氨基苯二甲酸摩尔比，寻找更优的合成方法合成铈基金属有机框架 (Ce-MOFs)。
实验步骤
1、用水、甲酸和乙醇溶解硝酸铈铵。
2、采用室温合成的方法，将配体二氨基对苯二甲酸加入上述溶液中，并磁力搅拌，不同时间取样。
3、反应结束后，将固体离心，并用DMF、水、乙醇洗净。在80度下烘干。获得铈基金属有机框架 (Ce-MOFs)。采用室温合成的方法，通过改变反应时间、选择不同的分子调节剂和铈金属与氨基苯二甲酸摩尔比，寻找更优的合成方法合成铈基金属有机框架 (Ce-MOFs)。
4、利用X射线衍射法、红外分析、BET分析对所合成材料的组成和结构进行表征。
5、进行Ce-MOFs材料对有机染料的吸附实验，初步探索合成材料的吸附性能。
4. 参考文献
[1] Kumar P, Poumara A, Kim K H, et al. Metal-organic frameworks: Challenges and opportunities for ion-exchange/sorption applications[J]. Progress in Materials Science, 2017, 86: 25-74.
[2] Su Y, Yang W, Sun W, et al. Synthesis of mesoporous cerium-zirconium binary oxide nanoadsorbents by a solvothermal process and their effective adsorption of phosphate from water[J]. Chemical Engineering Journal, 2015, 268: 270-279.
[3] Ge X, Song X, Ma Y, et al. Fabrication of hierarchical iron-containing MnO2 hollow microspheres assembled by thickness-tunable nanosheets for efficient phosphate removal[J]. Journal of Materials Chemisty A, 2016, 4(38): 14814-14826.
[4] 李绍青;李谷丰;尹鹏远;李秋云;王红斌.铈改性介孔二氧化硅对磷酸盐的吸附性能研究.[J] 化工新型材料，2022，1006-3536.
[5] Pandi K, Choi J. Selective removal of anionic ions from aqueous environment using iron-based metal-organic frameworks and their mechanistic investigations[J]. Joumal of Molecular Liquids, 2021, 329:115367.
[6] Koilraj P, Sasaki K. Selective removal of phosphate using La-porous carbon composites from aqueous solutions: batch and column studies[J]. Chemical Engineering Journal, 2017, 317: 1059-1068.
5. 计划与进度安排
1、2024年1月6日-2024年1月10日
查阅课题相关文献、学习软件、仪器操作。
2、2024年2月1日-2024年2月28日
整理阅读文献，初拟开题报告。
3、2024年3月2日-2024年3月12日
修改完成开题报告。
4、2024年3月16日-2024年3月27日
探索合成Ce-MOFs的路线与方法。
5、2024年3月30日-2024年4月17日
合成Ce-MOFs材料，寻找更优合成路线。
6、2024年4月20日-2024年4月30日
对所得材料进行组成与形貌的表征，并分析结果。
7、2024年5月11日-2024年5月15日
初步探索Ce-MOFs对有机染料吸附的性能
8、2024年5月18日-2024年5月29日
总结撰写毕业论文，准备论文答辩。
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