Modifikace organokovových sítí (MOFs) pro adsorpci iontů těžkých kovů z vodného prostředí.

Bc. Jana NOVOTNÁ

Master's thesis

Modification of metal-organic frameworks for adsorption of heavy metal ions from aqueous solution.

Abstract:

V této práci bylo zjišťováno, zda modifikace dokáže navýšit adsorpční schopnosti materiálů MOFs pro Zn2+ a Cd2+ ionty. Byly připraveny materiály Cu3(BTC)2 a Cu(TPA). Složení materiálu Cu(TPA) bylo ověřováno pomocí termické analýzy a AAS. Výsledky lépe odpovídají stechiometrii materiálu Cu2(TPA). Na připravených materiálech byly provedeny modifikace ethylendiaminem (ED), kyselinou aminomethansulfonovou (AMSA) a oxidem grafitu (GO), který byl do struktury zaveden solvotermální syntézou (sts) a ultrazvukem (ult). Adsorpční schopnosti materiálů jsou pro Zn2+ a Cd2+ iony stejné. Adsorpční kapacita materiálu Cu3(BTC)2 byla stanovena pro Zn2+ ionty na 0,7 mmol g?1. Materiál modifikovaný ED dosáhl adsorpčního maxima při 0,5 mmol g?1, Cu3(BTC)2 ? AMSA při 0,55 mmol g?1, Cu3(BTC)2 ? GO (sts) při 0,6 mmol g?1 a Cu3(BTC)2 ? GO (ult) nebyl schopen adsorpce. Materiál Cu(TPA) nebyl schopen adsorbovat ionty kovů z roztoku. Jediný materiál typu Cu(TPA) schopný adsorbovat ionty Zn2+ z roztoku byl Cu(TPA) ? GO (ult), jehož adsorpční kapacita byla 0,35 mmol g?1. Během adsorpce kovů docházelo také k uvolňování Cu2+ iontů z materiálu. Získané izotermy uvolňování Cu2+ iontů měly stejný průběh jako adsorpční izotermy. Ze získaných výsledků lze říci, že tyto modifikace nedokázaly navýšit adsorpční schopnost materiálu Cu3(BTC)2. V případě materiálu Cu(TPA) dokázala schopnost adsorpce tohoto materiálu navýšit modifikace GO ultrazvukem.

Abstract:

This work investigated whether a modification is able to increase the adsorption ability of MOFs materials for Zn2+ and Cd2+ ions. Materials Cu3(BTC)2 and Cu(TPA) were prepared. The composition of Cu(TPA) was verified by thermal analysis and AAS. The results reflect better the Cu2(TPA) stoichiometry. The modifications of prepared materials were made by ethylene diamine (ED), aminoethanesulfonic acid (AMSA), and graphite oxide (GO), which was inserted into the structure by solvotermal synthesis (sts) and ultrasound (ult). The adsorption capacity of materials for Zn2+ and Cd2+ ions are the same. The adsorption capacity of the Cu3(BTC)2 for Zn2+ ions was determined to 0.7 mmol g?1. Material modified using ED reached an adsorption maximum at 0.5 mmol g?1, the material Cu3(BTC)2 - AMSA at 0.55 mmol g?1, Cu3(BTC)2 - GO (sts) at 0.6 mmol g?1 and Cu3(BTC)2 - GO (ult) was not able to adsorb. The Cu(TPA) was unable to adsorb metal ions from a solution. The only material of Cu(TPA) type which was able to absorb Zn2+ ions from the solution was Cu(TPA) - GO (ult) whose adsorption capacity was 0.35 mmol g?1. The release of Cu2+ ions from the material also occurred during the adsorption of heavy metal ions. Desorption isotherms obtained for Cu2+ ions had the same trend as the adsorption isotherm. According to the results, it can be said that these modifications did not increase the adsorption capacity of the Cu3(BTC)2. In case of the Cu(TPA), the GO ultrasound modifications increase the ability to adsorb Zn2+ ions.

Keywords

MOF, Cu3(BTC)2, Cu(TPA), ethylendiamin, kyselina aminomethansulfonová, oxid grafitu, adsorpce, Zn2+, Cd2+

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 25. 4. 2016

Accessible from:: 25. 4. 2016

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Václav Slovák, Ph.D.

University of Ostrava

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Analytical Chemistry of Solid Phase