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一种新型的复合破乳材料来袭-MOF孔中包裹离子液体(Amim@MIL-100(Fe))
发布时间:2021-10-12     作者:axc   分享到:


由带电基团和柔性侧链组成的离子液体(ILs)引起了人们关注,其特殊的结构使其具有理想的电荷特性和合适的润湿性,也使其对乳液具有界面活性。然而还没有关于ILs结合MOF用于处理乳化含油废水的破乳报道。

基于此, 研究人员将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AmimCl)用于修饰MIL-100(Fe),制备了一种新型的复合破乳材料(Amim@MIL-100(Fe)),该材料具有良好的破乳性能。

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研究人员将均苯三甲酸(BTC)的甲醇溶液加入到FeCl3·6H2O的AmimCl溶液中,即可制备Amim@MIL-100(Fe),而不含Amim+的产物为MIL-100(Fe),不同Amim+:Fe3+摩尔比的产物记为Amim@MIL-100(Fe)-x。XRD图谱显示Amim@MIL-100(Fe)-x的特征峰与MIL-100(Fe)一致,表明Amim@MIL-100(Fe)-x具有与MIL-100(Fe)相同的晶体结构。然而,由于Amim@MIL-100(Fe)层内存在的Amim+补偿了MIL-100(Fe)所带的负电荷,所以所有Amim@MIL-100(Fe)-x的负电位都低于MIL-100(Fe),这也表明Amim+成功地封装在MIL-100(Fe)中。通过XPS发现Amim+中烯丙基的π电子可能是电子供体,可以通过π…Fe络合降低Amim@MIL-100(Fe)-3:3中Fe的氧化态。

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所有的Amim@MIL-100(Fe)-x样品与MIL-100(Fe)都可以很好地分散在水和油酸中,这说明MIL-100(Fe)和Amim@MIL-100(Fe)都具有两亲性,满足破乳剂的要求。MIL-100(Fe)需要30分钟才能获得94%的DE,而Amim@MIL-100(Fe)-3:3仅需要30秒即可实现94%的DE。随后的3次破乳剂循环再生性实验发现MIL-100(Fe)的DE降至64%,而Amim@MIL-100(Fe)-3:3在破乳剂循环3次后仍保持O/W型乳液效率的83%。与此同时与其它报道的材料相比,Amim@MIL-100(Fe)具有非常短的破乳时间、高DE和操作简单的优点。

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研究人员分析了所制备材料的表面电荷与DE之间的相关性,发现DE与表面电荷呈显着正相关。而IFT分析表明油酸-水的IFT在加入MIL-100(Fe)或Amim@MIL-100(Fe)-x前后均无明显变化。这说明Amim@MIL-100(Fe)的破乳不是由IFT的减少引起的,而是由MIL-100(Fe)破乳时的捕获、融合和破裂引起的。

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吸附密度表明,MIL-100(Fe)上Fe原子周围几乎没有吸附SDS,而在Amim@MIL-100(Fe)上的同一位点吸附了大量SDS,更重要的是,SDS可以被吸附在咪唑环的正电荷位点以及苯环的骨架周围。同时由于Amim+的存在,SDS的平均吸附能从-26.58增加到-48.76 kJ/mol。径向分布函数(RDF)图发现MIL-100(Fe)主要在0.5 nm处吸附油酸,而Amim@MIL-100(Fe)可以在更远距离(0.5-1.0 nm)处吸附油酸。吸附距离的增加会提高对油酸的吸附量,从而降低破乳液中油酸的含量,提高Amim@MIL-100(Fe)的DE。


综上所述,研究人员将IL AmimCl包封在MIL-100(Fe)的微孔中,Amim+的封装增加了MIL-100(Fe)的正电荷密度,通过增强的静电吸引力和长程力改善了材料与乳液之间的相互作用,从而将破乳时间缩短了60倍。

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