用于难降解有机污染物的MOFs衍生SnO₂@C纤维膜

作者：晏妮 环境学院

指导老师：张潇源 环境学院

关键词：过滤型阳极、MOFs、SnO₂

摘要

日趋严格的水质标准对污水深度处理提出了新的挑战。电催化由于效率高、处理范围广而受到广泛关注，但传统电催化面临严重的传质限制，有研究指出将电催化与膜过滤结合可以有效加强传质。尽管已经有研究成功将亚氧化钛（Ti₄O₇）和二氧化锡（SnO₂）等催化剂负载于膜上，但是已有研究中大多通过溶胶凝胶法等方法负载催化剂，其活性位点数目仍有待提升。本研究将阳极氧化与膜过滤结合，加强传质。创新性地提出阳极使用MOFs衍生SnO₂以增加活性位点。本电催化膜可以同时实现有机污染物的高效去除，具有广阔的应用前景。

成功制备MOFs衍生SnO₂@C纤维膜

本作品提出使用金属有机骨架化合物（Metal Organic Frameworks, MOFs）衍生SnO₂，成功制作了MOFs衍生的以多孔碳材料为基底的SnO₂催化阳极（MOFs-SnO₂@C），有效增加了反应的活性位点。MOFs是由无机金属与有机配体通过自组装形成的具有周期性网状结构的一种晶态多孔材料，其多孔结构有利于在高温下多孔碳骨架的形成，可以为电催化反应提供丰富的位点；且其中均匀分布的金属原子可以促进碳的石墨化，有利于电催化反应。

降解效果随电压升高而提高

本作品探究了电压对于降解效果的影响。在未加电压的条件下，主要发生吸附过程，可以看出该纤维膜对于普萘洛尔（PRO）的吸附不到10%就基本达到饱和。在1 V电压下只有较少的降解。而在2 V和3 V条件下90 min后降解率分别达到了80%和90%以上。说明MOFs-SnO₂@C纤维膜对于普萘洛尔具有很好的降解效果。对降解曲线进行反应动力学拟合发现，在2 V和3 V的电压下降解过程均符合一级反应动力学模型，而3 V和2 V相比，一级反应动力学常数增大了约60%。

降解速率相比非MOFs衍生SnO₂显著提高

在纺丝液中用锡含量相等的四氯化锡替代了Sn-MOFs，在相同条件下制备出SnO₂@C膜进行降解实验作为对照。发现MOFs-SnO₂@C对PRO的降解提高了约5%，一级反应动力学常数提高了约20%。

图片格式：

1 MOFs-SnO₂@C扫描电镜图（左） 甲基橙降解效果（右）

2 电压对降解效果的影响

3 与非MOFs衍生的纤维膜对比