摘 要

随着我国经济的发展和工业化进程的推进,工业废水日渐增多,其中染料废水尤为突出，已经对生态环境和人类健康产生巨大的威胁。作为一种新型膜材料，金属有机骨架（MOFs）具有孔径大、结构稳定、耐水耐热等特点，能较好契合染料水分离体系。我采用原位自组装的方式，以PAN膜为基底，Ca² 为金属离子，C₄O₄^2-为有机配体，在偶联剂PEI的帮助下，合成UTSA-280MOF膜。该MOF膜在染料-水的分离中，展现出较好的通量和可观的分离效果，为今后染料废水的处理提供一定的参考价值。

论文主要研究了以PAN为基底UTSA-280MOF膜染料废水的分离性能。分别讨论了金属离子浓度、偶联剂浓度、偶联剂沉积时间、有机配体反应时间对其分离性能的影响。

论文结果表明：以PAN为基底的UTSA-280MOF膜在分离甲基蓝、甲基橙、刚果红等简单染料废水时，有很好的截留率和较高的通量。

关键词：UTSA-280；MOF；染料废水分离；GO

Abstract

With the development of China's economy and the advancement of industrialization, industrial wastewater is increasing day by day. Among them, dye wastewater is particularly prominent, which has already pose a huge threat to the ecological environment and human health. As a new type of membrane material, metal organic frameworks (MOFs) have the characteristics of large pore size, stable structure, water and heat resistance, and can better match the dye water separation system. I used in-situ self-assembly method, based on PAN film, Ca2 is metal ion, C4O42- is organic ligand, and UTSA-280MOF film was synthesized with the help of coupling agent PEI. The MOF membrane exhibits good flux and considerable separation effect in the dye-water separation, and provides a certain reference value for the treatment of dye wastewater in the future.
The paper mainly studied the separation performance of UTSA-280MOF membrane dye wastewater based on PAN. The effects of metal ion concentration, coupling agent concentration, coupling agent deposition time and organic ligand reaction time on the separation performance were discussed.
The results show that the PAN-based UTSA-280MOF membrane has good rejection and high flux when separating simple dye wastewaters such as methyl blue, methyl orange and Congo red.

Key Words: Dye wastewater separation; UTSA-280;MOF;GO

目录

第一章 绪论 1

1.1染料废水的危害、特点及处理方法 1

1.1.1染料废水的特点 1

1.1.2染料废水的危害 1

1.1.3染料废水的处理方法 2

1.2 MOF用于染料水分离 3

1.2.1膜分离的应用现状 3

1.2.2MOF膜的设计原理及制备方法 5

第二章 UTSA-280/PEI@PAN膜的制备 8

2.1药品 8

2.2仪器 8

2.2.1实验仪器 8

2.2.2测试用仪器 8

2.3实验流程 10

2.3.1UTSA-280MOF的合成 10

2.3.2接入氧化石墨烯的纳米复合膜的制备 12

2.4表征方法 12

2.4.1紫外 12

2.4.2FTIR傅里叶红外光谱 13

2.4.3扫描隧道显微镜 13

第三章 结果与讨论 14

3.1计算 14

3.1.1所用染料性质 14

3.1.2截留率 14

3.1.3通量 15

3.2结果分析 15

3.2.1金属离子及配体浓度的影响 15

3.2.2PEI浓度的影响 16

3.2.3沉积时间的影响 17

3.2.4配体反应时间的影响 18

3.2.5氧化石墨烯浓度的影响 19

3.2.6膜对不同染料的分离性能 20

3.2.7傅里叶红外光谱 22

3.3总结与展望 23

参考文献 24

致谢 25

第一章 绪论

1.1染料废水的危害、特点及处理方法

染料一般是本身具有颜色并能赋予别的物质鲜明牢固色泽的化合物^[1]。不同的染料，它所具有的染色牢度也往往是不同的。染色牢度是指染色物品在加工或者应用过程中，在外部因素作用下仍可保持原先色泽的性能。由于染色牢度的不同，加工过程中使用的染料往往不能全部附着在被加工物体表面，会有部分染料残留在残液中，构成染料废水。根据最新数据，水污染的最大来源之一是纺织印染废水。目前上百万种商业上可用染料以每年数十万吨的速度被产出，而其中2%左右的产品会留存在废液中被排除。^[2]从中看出每年所需处理的染料废水的量十分巨大，且若未妥善处理，将对环境造成巨大的破坏。

1.1.1染料废水的特点

（1）成分复杂

染料的生产或者纺织印染过程是十分复杂的，随着反应的进行，往往需要加入新的化学试剂来实现产物的生成或者产物与杂质的分离，而废水中的成分也会随之不断增多。因此很难用单一的工艺使处理的染料废水达标，通常只能用COD和色度等指标来评估染料废水处理后的水质。且不同染料的生产及不同织物的印染，导致添加的化学试剂各不相同，这也造成无法套用统一的染料废水处理模式。

（2）有毒性且高色度