MOFs材料声催化活性在工业废水处理中的应用进展

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2021-1356

摘要/Abstract

摘要：

金属有机框架化合物（metal organic frameworks，MOFs）是一类新型的晶态多孔材料，不但具有较大的比表面积和较高的孔隙率，并且还具有独特的孔道结构和分散的活性中心，因此在催化领域被广泛应用。近年来，因处理不彻底的工业废水排放所引发的环境污染及抗生素耐药性问题越来越严峻。工业废水具有成分复杂，有机物含量高、难降解等特点，而现阶段工业废水处理主要面临技术单一、成本高、过程繁杂、效率低等困难。此外，目前的处理技术无法使工业废水达到零污染排放，因此开发新的处理手段解决上述问题十分紧迫。重点介绍了MOFs作为声催化剂在工业废水处理中的最新研究成果，并分析了MOFs联合超声发挥协同作用的机理及影响因素，最后对MOFs声催化活性在工业废水处理中的应用前景进行了展望。

关键词: 金属有机框架化合物, 声催化活性, 工业废水

Abstract:

Metal-organic frameworks（MOFs） are new crystalline porous materials and widely used in the catalysis field，because of its large specific surface area，high porosity，unique pore structures and dispersed active centers. In recent years，the problems of environmental pollution and antibiotic resistance are more and more rigorous due to the discharge of incomplete treatment industrial wastewater. Industrial wastewater has the characteristics of complex composition，high organic content and difficult degradation. At present，industrial wastewater treatment is mainly faced with difficulties such as single treatment technology，high cost，complicated process and low efficiency. However，the current treatment technology could not achieve pollution-free industrial wastewater. So， it is urgent to find new treatment means. It mainly reviewed the latest research results of MOFs as sonocatalyst in industrial wastewater treatment. Furthermore，it investigated the synergistic mechanism and influencing factors of MOFs combined with ultrasound. Finally，the application prospects of sonocatalytic activities of MOFs in industrial wastewater treatment was proposed.

Key words: metal-organic frameworks, sonocatalytic activity, industrial wastewater

中图分类号:

X703

王唯, 王冬晶, 孙亮, 王孟圆, 李丽, 刘宇, 刘彬. MOFs材料声催化活性在工业废水处理中的应用进展[J]. 工业水处理, 2023, 43(1): 26-31.

Wei WANG, Dongjing WANG, Liang SUN, Mengyuan WANG, Li LI, Yu LIU, Bin LIU. Research progress on the industrial wastewater treatment by sonocatalytic activity of metal-organic frameworks[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(1): 26-31.

https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I1/26

图/表 1

参考文献 35

1	WANG Chongchen， LI Jianrong， Xiuliang LÜ，et al. Photocatalytic organic pollutants degradation in metal-organic frameworks［J］. Energy & Environmental Science，2014，7（9）：2831-2867. doi:10.1039/c4ee01299b doi: 10.1039/c4ee01299b URL
2	MOUSAVINIA S E， HAJATI S， GHAEDI M，et al. Novel nanorose-like Ce（Ⅲ）-doped and undoped Cu（Ⅱ）-biphenyl-4，4-dicarboxylic acid〔Cu（Ⅱ）-Bpdca〕 moss as visible light photocatalysts：Synthesis，characterization，photodegradation of toxic dyes and optimization［J］. Physical Chemistry Chemical Physics，2016，18：11278-11287. doi:10.1039/c6cp00910g doi: 10.1039/c6cp00910g URL
3	ZHANG Ming， WANG Liwen， ZENG Tianyu，et al. Two pure MOF-photocatalysts readily prepared for the degradation of methylene blue dye under visibl elight［J］. Dalton Transactions，2018，47（12）：4251-4258. doi:10.1039/c8dt00156a doi: 10.1039/c8dt00156a URL
4	ALVARO M， CARBONELL E， FERRER B，et al. Semiconductor behavior of a metal-organic framework（MOF）［J］. Chemistry，2010，13（18）：5106-5112.
5	LIU Leilei， YU Caixia， DU Jimin，et al. Construction of five Zn（Ⅱ）/Cd（Ⅱ） coordination polymers derived from a new linear carboxylate/pyridyl ligand：Design，synthesis，and photocatalytic properties［J］. Dalton Transactions，2016，45（31）：12352-12361. doi:10.1039/c6dt02312f doi: 10.1039/c6dt02312f URL
6	刘兴燕，熊成，徐永港，等. MOFs在光催化降解废水中有机污染物方面的研究进展［J］. 应用化工，2019，48（1）：226-230. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2019.01.053 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2019.01.053 URL
	LIU Xingyan， XIONG Cheng， XU Yonggang，et al. Progress in photocatalytic degradation of organic pollutants in wastewater by metal-organic frameworks［J］. Applied Chemical Industry，2019，48（1）：226-230. doi:10.3969/j.issn.1671-3206.2019.01.053 doi: 10.3969/j.issn.1671-3206.2019.01.053 URL
7	熊富忠，温东辉. 难降解工业废水高效处理技术与理论的新进展［J］. 环境工程，2021，39（11）：1-16.
	XIONG Fuzhong， WEN Donghui. Advances of highly-efficient technologies and theories for refractory industrial wastewater treatment［J］. Environmental Engineering，2021，39（11）：1-16.
8	邓永飞，刘涛，吴海铨，等. 食品工业废水处理技术研究进展［J］. 工业水处理，2021，41（10）：1-8. URL
	DENG Yongfei， LIU Tao， WU Haiquan，et al. Research progress of wastewater treatment technology in food industry［J］. Industrial Water Treatment，2021，41（10）：1-8. URL
9	李天鹏，荆国华，周作明. 微电解技术处理工业废水的研究进展及应用［J］. 工业水处理，2009，29（10）：9-13. doi:10.3969/j.issn.1005-829X.2009.10.003 doi: 10.3969/j.issn.1005-829X.2009.10.003 URL
	LI Tianpeng， JING Guohua， ZHOU Zuoming. Research on micro-electrolysis technology and its application to industrial wastewater treatment［J］. Industrial Water Treatment，2009，29（10）：9-13. doi:10.3969/j.issn.1005-829X.2009.10.003 doi: 10.3969/j.issn.1005-829X.2009.10.003 URL
10	JAAFARZADEH N， TAKDASTAN A， JORFI S，et al. The performance study on ultrasonic/Fe₃O₄/H₂O₂ for degradation of azo dye and real textile wastewater treatment［J］. Journal of Molecular Liquids，2018，256：462-470. doi:10.1016/j.molliq.2018.02.047 doi: 10.1016/j.molliq.2018.02.047 URL
11	PIRHASHEMI M， HABIBI-YANGJEH A. Ultrasonic-assisted preparation of plasmonic ZnO/Ag/Ag₂WO₄ nanocomposites with high visible-light photocatalytic performance for degradation of organic pollutants［J］. Journal of Colloid and Interface Science，2017，491：216-229. doi:10.1016/j.jcis.2016.12.044 doi: 10.1016/j.jcis.2016.12.044 URL
12	WOOD R J， SIDNELL T， ROSS I，et al. Ultrasonic degradation of perfluorooctane sulfonic acid （PFOS） correlated with sonochemical and sonoluminescence characterisation［J］. Ultrasonics Sonochemistry，2020，68：105196. doi:10.1016/j.ultsonch.2020.105196 doi: 10.1016/j.ultsonch.2020.105196 URL
13	JUN B M， HAN J， CHANG M P，et al. Ultrasonic degradation of selected dyes using Ti₃C₂T _x MXene as a sonocatalyst［J］. Ultrasonics Sonochemistry，2020，64：104993. doi:10.1016/j.ultsonch.2020.104993 doi: 10.1016/j.ultsonch.2020.104993 URL
14	LI Li， HAN Shasha， ZHAO Sengqun，et al. Chitosan modified metal-organic frameworks as a promising carrier for oral drug delivery［J］. RSC Advances，2020，10：45130. doi:10.1039/d0ra08459j doi: 10.1039/d0ra08459j URL
15	WANG Xin， YU Sheng， LI Zihao，et al. Fabrication Z-scheme heterojunction of Ag₂O/ZnWO₄ with enhanced sonocatalytic performances for meloxicam decomposition：Increasing adsorption and generation of reactive species［J］. Chemical Engineering Journal，2021，405：126922. doi:10.1016/j.cej.2020.126922 doi: 10.1016/j.cej.2020.126922 URL
16	HE Lingling， GUO Yuxuan， ZHU Yao，et al. Fabrication of Ag₂O/MgWO₄ p-n heterojunction with enhanced sonocatalytic decomposition performance for Rhodamine B［J］. Materials Letters，2021，284：128927. doi:10.1016/j.matlet.2020.128927 doi: 10.1016/j.matlet.2020.128927 URL
17	HE Lingling， LIU Xianping， WANG Yongxia，et al. Sonochemical degradation of methyl orange in the presence of Bi₂WO₆：Effect of operating parameters and the generated reactive oxygen species［J］. Ultrasonics Sonochemistry，2016，33：90-98. doi:10.1016/j.ultsonch.2016.04.028 doi: 10.1016/j.ultsonch.2016.04.028 URL
18	杜栋栋. 复杂环境中超声降解有机污染物的协同效应研究［D］. 西安：陕西师范大学，2019.
	DU Dongdong. Study on synergistic effect of ultrasonic degradation of organic pollutants in complex environment［D］. Xi’an：Shaanxi Normal University，2019.
19	杨利娟. 超声催化降解混合酚类污染物［D］. 石家庄：河北师范大学，2017.
	YANG Lijuan. Ultrasonic catalytic degradation of mixed phenolic pollutants［D］. Shijiazhuang：Hebei Normal University，2017.
20	SADEGHI M， ZABARDASTI A， FARHADI S，et al. Immobilization of Cr-MIL-101 over the NiO/13X zeolite nanocomposite towards ultrasound-assisted destruction of organic dyes in aqueous media［J］. Journal of Water Process Engineering，2019，32：100946. doi:10.1016/j.jwpe.2019.100946 doi: 10.1016/j.jwpe.2019.100946 URL
21	刘明明. 基于类沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8的催化性能研究［D］. 太原：太原理工大学，2014.
	LIU Mingming. Catalytic properties based on zeolitic imidazolate framework-8［D］. Taiyuan：Taiyuan University of Technology，2014.
22	LIU Jinchen， Keskin S， Sholl D S，et al. Molecular simulations and theoretical predictions for adsorption and diffusion of CH₄/H₂ and CO₂/CH₄ mixtures in ZIFs［J］. The Journal of Physical Chemistry C，2011，115（25）：12560-12566. doi:10.1021/jp203053h doi: 10.1021/jp203053h URL
23	黄阳. 钛基金属-有机框架材料的形貌调控及其催化性能研究［D］. 信阳：信阳师范学院，2020.
	HUANG Yang. Morphology-controlled syntheses of Ti-based metal-organic frameworks and their catalytic properties［D］. Xinyang：Xinyang Normal University，2020.
24	RAD T S， ANSARIAN Z， KHATAEE A，et al. N-doped graphitic carbon as a nanoporous MOF-derived nanoarchitecture for the efficient sonocatalytic degradation process［J］. Separation and Purification Technology，2020，256：117811. doi:10.1016/j.seppur.2020.117811 doi: 10.1016/j.seppur.2020.117811 URL
25	NIRUMAND L， FARHADI S， ZABARDASTI A，et al. Synthesis and sonocatalytic performance of a ternary magnetic MIL-101（Cr）/RGO/ZnFe₂O₄ nanocomposite for degradation of dye pollutants［J］. Ultrasonics Sonochemistry，2018，42：647-658. doi:10.1016/j.ultsonch.2017.12.033 doi: 10.1016/j.ultsonch.2017.12.033 URL
26	SADEGHI M， FARHADI S， ZABARDASTI A. A novel CoFe₂O₄@Cr-MIL-101/Y zeolite ternary nanocomposite as a magnetically separable sonocatalyst for efficient sonodegradation of organic dye contaminants from water［J］. RSC Advances，2020，10：10082-10096. doi:10.1039/d0ra00877j doi: 10.1039/d0ra00877j URL
27	SAJJADI S， KHATAEE A， BAGHERI N，et al. Degradation of diazinon pesticide using catalyzed persulfate with Fe₃O₄@MOF-2 nano-composite under ultrasound irradiation-science direct［J］. Journal of Water Process Engineering，2019，77：280-290. doi:10.1016/j.jiec.2019.04.049 doi: 10.1016/j.jiec.2019.04.049 URL
28	TIAN Haixin， ZHA Miao， MA Lixiao，et al. Metal-organic frameworks based on tetra（imidazole） and multicarboxylate：Syntheses，structures，luminescence，photocatalytic and sonocatalytic degradation of methylene blue［J］. Polyhedron，2021，197：115052. doi:10.1016/j.poly.2021.115052 doi: 10.1016/j.poly.2021.115052 URL
29	MOSLEH S， RAHIMI M R. Intensification of abamectin pesticide degradation using the combination of ultrasonic cavitation and visible-light driven photocatalytic process：Synergistic effect and optimization study［J］. Ultrasonics Sonochemistry，2017，35（Pt A）：449-457. doi:10.1016/j.ultsonch.2016.10.025 doi: 10.1016/j.ultsonch.2016.10.025 URL
30	JUN B M， KIM S，HEO J，et al. Enhanced sonocatalytic degradation of carbamazepine and salicylic acid using a metal-organic framework［J］. Ultrasonics Sonochemistry，2019，56：174-182. doi:10.1016/j.ultsonch.2019.04.019 doi: 10.1016/j.ultsonch.2019.04.019 URL
31	SISI A J， FATHINIA M， KHATAEE A，et al. Systematic activation of potassium peroxydisulfate with ZIF-8 via sono-assisted catalytic process：Mechanism and ecotoxicological analysis［J］. Journal of Molecular Liquids，2020，308：113018. doi:10.1016/j.molliq.2020.113018 doi: 10.1016/j.molliq.2020.113018 URL
32	SISI A J， KHATAEE A， FATHINIA M，et al. Ultrasonic-assisted degradation of a triarylmethane dye using combined peroxydisulfate and MOF-2 catalyst：Synergistic effect and role of oxidative species［J］. Journal of Molecular Liquids，2019，297：111838. doi:10.1016/j.molliq.2019.111838 doi: 10.1016/j.molliq.2019.111838 URL
33	KHOSHNAMVAND N， JAFARI A， KAMAREHIE B，et al. Optimization of adsorption and sonocatalytic degradation of fluoride by zeolitic imidazole framework-8 （ZIF-8） using RSM-CCD［J］. Desalination and Water Treatment，2019，171：270-280. doi:10.5004/dwt.2019.24775 doi: 10.5004/dwt.2019.24775 URL
34	HOSSEINPOUR S A， KARIMIPOUR G， GHAEDI M，et al. Use of metal composite MOF-5-Ag₂O-NPs as an adsorbent for the removal of Auramine O dye under ultrasound energy conditions［J］. Applied Organometallic Chemistry，2018，32（2）：e4007. doi:10.1002/aoc.4007 doi: 10.1002/aoc.4007 URL
35	MOURABET M， RHILASSI A EL， BOUJAADY H EL，et al. Removal of fluoride from aqueous solution by adsorption on hydroxyapatite（HAp） using response surface methodology［J］. Journal of Saudi Chemical Society，2015，19（6）：603-615. doi:10.1016/j.jscs.2012.03.003 doi: 10.1016/j.jscs.2012.03.003 URL

[1]	赵帆, 龚茜, 韩严和, 郭智, 季华, 马雪姣. EGSB-SBR-臭氧氧化组合工艺处理石化工业废水的研究[J]. 工业水处理, 2025, 45(3): 129-136.
[2]	陈文超, 李勇超, 杨昕旻, 刘佳浩, 单胜道. 多行业污泥生物炭特性及深度处理工业废水行为研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 70-80.
[3]	胡雅, 孙晓蕾, 陆静宇, 孙秀云. 泰妙菌素废盐活性炭的制备及吸附EDTA-Pb（Ⅱ）的研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 133-139.
[4]	张伟, 罗旭彪, 欧阳婷, 柳正葳, 熊萍. 吸附法去除水中典型有机络合态重金属的研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(6): 60-68.
[5]	高品, 于晓霏, 杨婧, 陈晓倩. 工业废水综合毒性评价方法及其应用研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(4): 19-29.
[6]	杨震, 李阳, 杨世迎. 零价铝还原联合过硫酸盐氧化高效处理DDNP工业废水[J]. 工业水处理, 2024, 44(4): 98-104.
[7]	冯颖, 李可心, 张宏, 于汉哲, 马标, 张建伟, 董鑫. 壳聚糖复合水凝胶的制备方法及在水处理中的应用[J]. 工业水处理, 2024, 44(2): 17-26.
[8]	冯雷雷. 臭氧光催化氧化工艺处理工业废水的对比研究[J]. 工业水处理, 2023, 43(3): 138-143.
[9]	赵诗琪, 李康辉, 陈猷鹏. 微生物絮凝剂及其在工业水处理中的应用探索[J]. 工业水处理, 2023, 43(2): 1-13.
[10]	朱勍, 田敏敏, 赵同谦, 肖春艳, 陈睿. 河南某县产业集聚区污水处理工艺设计及效果[J]. 工业水处理, 2023, 43(2): 167-171.
[11]	汪敏泉, 周松伟, 陈振国, 汪晓军. 引进厌氧氨氧化脱氮系统失效原因分析及解决途径[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 96-100.
[12]	李振邦, 颜冰川, 王全勇, 彭锦玉. 臭氧催化氧化与耦合工艺处理工业废水的研究进展[J]. 工业水处理, 2022, 42(9): 56-63.
[13]	李士伟, 刘恩华, 杨利娟, 胡苏皓. 高盐与高压对PVDF/PA管式复合膜分离性能的影响[J]. 工业水处理, 2022, 42(8): 128-135.
[14]	陈佼, 刘欢, 刘浩霖, 林华峰, 李晓媛, 陆一新. 生物炭对阳离子染料的吸附性能研究进展[J]. 工业水处理, 2022, 42(8): 27-33.
[15]	殷浩翔, 车坤, 张文超, 刘杨, 郭勇, 赖波. Fe⁰/O₃体系预处理三硝基间苯二酚铅生产废水[J]. 工业水处理, 2022, 42(4): 119-124.

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