MgO催化臭氧化降解双酚A及合成茴香醛的性能探究

发布时间：2020-08-21 20:46

【摘要】：本文首先从我国水资源现状和常规水处理工艺技术的背景出发,综述了臭氧在水处理中的应用现状。臭氧因为其具有强氧化性及消毒作用而经常被用于水处理技术中。另外,由于臭氧氧化具有选择性的特点,臭氧化法也经常应用于某些有机物的选择性合成中。基于单独臭氧化法的缺陷和实际应用的需求,结合固体碱(MgO)的特性,提出了本文的研究内容。本论文主要分为两个部分:MgO/GF催化臭氧化降解双酚A的研究;固体碱MgO催化臭氧化茴香脑制备茴香醛的研究。利用石墨毡(GF)为载体,采用等体积浸渍法制备了MgO/GF催化剂。研究了MgO/GF催化剂对催化臭氧化降解双酚A的性能。当溶液初始pH为7.0,反应9 min时,MgO/GF催化臭氧化对双酚A的去除率为88.2%,比单独臭氧化的去除率提高了46.1%。溶液的初始pH对双酚A降解有重要的影响,加入MgO/GF催化剂后可以有效提高溶液pH或缓解溶液pH的下降,进而提高臭氧化的效率。不同pH的实验表明,MgO/GF催化剂可以使臭氧化降解双酚A的效率提高近32%~46%。机理研究表明,MgO/GF催化臭氧化化双酚A主要遵循羟基自由基反应机理。臭氧与MgO/GF催化剂表面的碱性位不但可以催化臭氧分解生成羟基自由基,而且还可以对溶液pH起到提升或缓冲的作用,从而提高臭氧化的效率。MgO/GF催化剂重复使用五次时依然具有良好的催化活性,说明该催化剂相对较好的稳定性。气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)和高效液相色谱仪(HPLC)的分析结果显示,MgO/GF催化臭氧化降解双酚A的中间产物主要包括对苯醌、对二苯酚、4-异丙基苯酚、4-异丙烯基苯酚、马来酸以及乙酸等物质。采用热分解的方法制备固体碱MgO催化剂,研究了MgO催化臭氧化茴香脑制备茴香醛的性能。与传统臭氧化法相比,MgO/GF/O_3不但可以简化反应流程,还可以有效提高茴香醛的收率。在15%水/乙醇体系中加入0.2 g MgO催化剂反应150 min,一步法制备茴香醛的最大收率达83.6%。分析表明,溶剂中的水可以与两性离子结合生成偕羟基过氧化物,然后直接分解释放出醛或酮,从而提高臭氧化反应的效率。另外,溶剂引入水之后可以增大MgO的表面羟基密度,进而提高其催化性能。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O643.36;TQ215;X703
【图文】：

共振结构,臭氧,同素异形体,亨利定律

浙江工业大学硕士学位论文水处理技术的物理化学性质O3）是一种有特殊鱼腥味的气体，为氧气的同素异形体，是由如图 1-1 所示）。臭氧的溶解度约是氧气的 10 倍（水中），0 ℃常大约可以溶解 0.494 体积的臭氧。可以用亨利定律来描述臭氧在一定温度下，一定溶液中溶解的臭氧量与臭氧气体作用在液体6]。

臭氧,基团,臭氧化反应,茴香醛

MgO 催化臭氧化降解双酚 A 及合成茴香醛的性能探究表 1-2 不同物质与臭氧的反应速率常数[18]able 1-2. Reaction rate constants of different substances with ozone[18]称k（L/(mol s)）物质名称 k（L/(3 109NH3~5＞104HOCN ≤10-2~103乙酸＜3 1~105硝基苯 0.09有机物的氧化顺序一般为：链烷烃＜醛＜醇＜多环芳烃＜酚＜胺物分子结构上连有推电子基团时，可以加快臭氧化反应速率；基团时，则会降低反应速率。臭氧的化学性质为，水中臭氧的去向主要有三种：单纯的物理溢出，臭氧与水反应以及臭氧自身的分解（包括各类自由基反应），如图 1-2

分解机理,臭氧,直接氧化反应,间接氧化

图 1-3 臭氧在水中的分解机理[19]Figure 1-3. Decomposition mechanism of ozonein water[19]氧水处理过程中的物理化学原理氧水处理过程为基本的气-液两相反应，包含以下几个历程：（1）气相臭液后向液相中传递；（2）液相中的挥发性物质随气体吹脱向气相逸出；（相的臭氧与有机物发生直接氧化；（4）臭氧分解产生的自由基与有机物氧化。其去除过程可以用如下 1-1 式子表示[20]： S= X吹脱+ X直接氧化反应+ X间接氧化反应（1-1 S——有机污染物去除率 X吹脱——易挥发有机物物理上的吹脱 X直接氧化反应——与臭氧直接氧化反应的去除率 X间接氧化反应——与自由基间接氧化反应的去除率此，影响臭氧处理有机污染物的因素主要有：（1）水中有机物的成分（反应速率常数差别）；（2）有机物的挥发性（该物质的亨利常数 H）；（

【参考文献】