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摘 要

苯酚有着毒性大，难降解，高负荷等特点。当水体中苯酚含量大于4.0mg/L时，会对水生生物的新陈代谢产生巨大的影响，当含量高于90mg/L 时，会直接导致生物变异、畸形甚至死亡。类沸石咪唑酯骨架系列材料（ZIF）是一种新兴材料，但现阶段对于此种材料的研究还不是很多，在将来ZIF材料在处理废水中的污染物质方面有着很大的应用前景。

本篇论文探究ZIF材料中的ZIF-67经过碳化后对废水中的苯酚催化降解效果的研究，探究在吸附降解过程中pH值、反应温度、反应时间、初始苯酚浓度等因素对苯酚去除率的影响。并得出结论，在pH=4，反应时间160分钟，反应温度90℃且苯酚浓度较低时碳化后的ZIF-67对苯酚的吸附降解能力最强。

综上所述，类沸石咪唑酯骨架系列材料对废水中的苯酚处理效果良好，不会二次污染环境且容易于操作，是一种新兴的清洁材料。

关键词：苯酚，类沸石咪唑酯骨架系列材料，催化降解

Abstract

Phenol is characterized by high toxicity, degradation-resistant, high load and so on. When the content of phenol in water is higher than 4.0mg/L, it will have a huge impact on the metabolism of aquatic organisms, and when it is higher than 90mg/L, it will directly lead to biological mutation, deformity and even death. Zeolite imidazole ester matrix series materials (ZIF) is a new material, but there are not many researches on this new material at the present stage, and ZIF will have great application prospects in terms of the treatment of pollutants in wastewater in the future.

This paper investigates the Catalytic and degradation effect of ZIF-67 in ZIF material on phenol in wastewater after carbonization, and then explores the influence of pH value, reaction temperature, reaction time, initial phenol concentration and other factors on the removal rate of phenol in the adsorption and degradation process. It is concluded that the carbonized ZIF-67 has the strongest adsorption and degradation ability to phenol when pH value is 4, reaction time is 160 minutes, and reaction temperature is 90℃ and phenol concentration is low.

To sum up, ZIF series materials have a good effect on the treatment of phenol in wastewater, and they will not pollute the environment twice and are easy to operate, so they are a new kind of cleaning materials.

Keywords: Phenol, ZIF, Catalytic degradation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 现阶段对水中酚类物质的处理方法 2

1.3 高级氧化法（AOPs） 3

1.4 MOF材料与ZIF材料的概述 3

1.5 ZIF-67衍生碳材料 4

第二章 实验装置及实验内容 5

2.1 实验装置 5

2.2 实验药剂 5

2.3 实验目的 6

2.4 实验内容 6

2.4.1 苯酚的测定 6

2.4.2 ZIF-67的制备 8

2.4.3 ZIF-67含碳衍生物的制备 8

第三章 ZIF-67对苯酚的降解性能研究 9

4.1 pH值对降解苯酚废水效果的影响 11

4.2 反应时间降解苯酚废水效果的影响 13

4.3 过硫酸钾投加量降解苯酚废水效果的影响 14

4.4苯酚初始浓度对降解苯酚废水效果的影响 15

4.5 反应温度对降解苯酚废水效果的影响 16

4.6 ZIF-67碳化温度对降解苯酚废水效果的影响 17

第四章 结论 18

参考文献 19

致谢 22

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

伴随着时代的进步，各种环境问题相继出现，新兴材料的研发得到重视，并在不久的将来会广泛运用于各种领域，但依旧存在着对自然造成严重破坏的落后材料。因此，研发清洁绿色的新型材料刻不容缓。在我国现代化工业不断发展的今天，工业产品的需求量不断增长，生产规模也在变大，石油化工产业所排放的污染物也越来越多，污染物的组成成分也越来越复杂，这些污染物直接或间接的对大气、土壤、水源产生危害。而且这些污染物大多数在自然环境中难以降解且对生物有较强的毒害作用。它们易在自然环境中堆积，最终通过食物链的富集作用对人体产生危害。

酚类化合物是一类有毒有害难降解的物质，苯酚是该类化合物中组成较为简单的也是最主要的一类物质，而且酚类化合物一般具有易挥发,易在水体、空气中堆积、迁移的特点,接触后进入人体会造成细胞损伤或失活，是当前公认的危害最大、 污染范围最广且难降解有机污染物。含酚废水在物化性质方面也具有其代表性，其较为广泛的分布在日常的生活的各行各业之中。石油化工、医药、炼油等行业是产生酚类废水的主要源头，它的危害性主要体现在对生物毒害性巨大, 可使生物蛋白质凝固而变性, 并具有 “三致” 的潜在危害性, 可诱发生物体细胞发生癌变。当水体中苯酚的量大于4.0 mg/L 即会对水生生物的新陈代谢造成巨大的影响，含量高于90 mg/L 时，会直接导致生物变异甚至死亡(富集作用尤为明显)，当人体不幸摄入过量的苯酚时，会直接对大脑神经中枢，心肝脾肾功能造成难以修复的损伤。在生物体内苯酚的不断富集最终会导致贫血等毒性损害病症^[8]。含酚废水已经被国家“水十条”定为重点解决的有毒害的水体。也包含在美国国家环境保总署(EPA)列出的129种优先控制污染物之列。因此,如何有效地处理含酚废水是科研人员处理水体污染的首要目标。如何将苯酚从废水中去除，俨然成为水处理行业研究的焦点课题之一^[9]。在含有高浓度苯酚的废水处理中，如何对苯酚进行二次利用是最先要考虑的问题，而对于没有回收价值(酚浓度较低)的废水则必须进行处理后排放。

1.2 现阶段对水中酚类物质的处理方法

现阶段处理低含量含酚废水时可以使用物理处理法、生物处理法和化学处理法，这些处理方法也被使用于处理没有回收价值的含酚污水^[12]。

(1)生物处理法：是一种利用某些微生物消耗通过消耗有机物并将其转化为CO₂、N₂和H₂O等无机物，为自身活动提供能量，来达到降解水中污染物质的效果的方法。由于此种方法可以分解多种有机污染物质，并且对污染物质的处理效果最好，是现在应用范围最广泛的废水处理方法之一^[10]。活性污泥法作为生物处理法中最经典的污水处理方法^[11]，对含酚废水承受能力低，无法处理高浓度含酚废水。而生物膜法可以应用于各行业废水，它通过微生物形成的生物膜与废水中的有机污染物质接触，使水中的污染物质被微生物分解并利用，进而转化成为无害物质。但依旧有基建费、运行费高，能耗大，易出现污泥膨胀现象，需要进行污泥无害化处理等不足^[12]。

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