染料废水作为工业废水的主要污染源之一,对生态平衡和人类健康均构成严重威胁,开发新型染料废水治理技术,成为实现资源高效利用和推进“双碳”目标亟待解决的问题。氧化法具有选择性高、催化活性位点易控和绿色无污染等优势,受到科研人员的高度重视。其中,4,4,5,5-四甲基-2-咪唑啉-1-烃氧基-3-氧化物(NIT)是一种具有高稳定性、高活性的氧化还原试剂,有望成为染料废水处理领域最具潜力的新型催化剂。本文采用溶剂热法制备NIT类氮氧自由基功能化金属有机框架材料,并以甲基橙为目标污染物,研究其氧化降解工业废水中染料的活性,初步探索催化氧化反应机理,为工业废水处理技术的发展提供经验。主要工作如下:(1)以不同取代基修饰的苯甲醛为原料,通过缩合和氧化反应制备得到七种NIT-Ph-R(R=COOH、NO_2、CH_3、F、Cl、Br、I)氮氧自由基,采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、紫外-可见分光光度计(UAMG510试剂V-vis)、电子顺磁共振波普仪(EPR)等技术对其微观结构进行表征。在常温常压、自然光照条件下,以甲基橙为目标污染物,对NIT-Ph-R氮氧自由基的催化氧化活性进行评价。结果表明,七种NIT氮氧自由基对甲基橙均表现出优异的催化氧化性能,其中NIT-Ph-COOH对甲基橙的脱色率在30 min内最高可达94.8%,而取代基的吸电子能力通过影响电子云分布促进氮氧自由基分子中单电子的电离,是影响催化氧化活性的关键因素。(2)采用共沉淀法制备五种孔道结构和表面性质各异的金属有机框架材料(MOFs),分别为ZIF-8(Zn)、ZIF-67(Co)、UIO-66(Zr)、UIO-66(Ce)和MIL-100(Fe)。通过FT-IR、UV-vis、X-射线衍射仪(XRD)等技术对其结构进行表征。常温寻找更多常压、自然光照条件下,测试五种MOFs催化剂的吸附性能和催化活性。研究发现,带正电的UIO-66(Ce)对阴离子型染料甲基橙表现出优异吸附性能,脱色率可达99.7%,而带负电的UIO-66(Zr)对甲基橙的斥力使其表现出较差的吸附能力(5.5%);另外,MIL-100(Fe)的催化活性也可达88.9%以上。(3)采用溶剂热法制备NIT-Ph-COOH功能化的金属有机框架材料,得到NIT-Ph-COOH@MOFs催化剂,利用FT-IR、UV-vis、EPR等对其结构进行表征,并通过催化降解甲基橙对Protein Detection其催化氧化性能进行评价。结果表明,NIT-Ph-COOH自由基对MOFs的催化性能有显著的促进作用。其中NIT-Ph-COOH@MIL-100(Fe)催化剂可高效、快速催化氧化甲基橙,60 min时,甲基橙的脱色率达到99%以上,对其进行5次重复循环试验后,该催化剂对甲基橙的脱色率依然保持在89.1%以上,表明复合型催化剂具有较好的循环稳定性。