碳纳米管共价接枝铁酞菁催化降解有机污染物的研究

发布时间：2017-10-19 12:07

  本文关键词：碳纳米管共价接枝铁酞菁催化降解有机污染物的研究

  更多相关文章： 碳纳米管 铁酞菁 共价接枝 双氧水 有机污染物

【摘要】：水是人类赖以生存的最重要资源之一,在自然界中有着无可取代的地位。随着社会的不断发展,水资源的污染问题也越来越被人们广泛关注。工业废水是水污染的最大污染源,大部分的工业废水中都含有大量的有毒污染物,如氯代芳香族化合物、抗生素、共轭染料等。这些有机化合物会对水体生物和人体产生非常严重的危害。因此,设计高效清洁的催化体系去除水中有机污染物具有非常重要的意义。金属酞菁是一种与细胞色素P450活性中心卟啉结构类似的大环共轭分子,常被用在催化的各个领域,利用不同的载体负载,可以制备出各种不同功能的催化体系。碳纳米管是一种优良电化学性能的材料,常被作为各种催化剂的载体应用于各个催化领域。它与酞菁都具有π电子共轭结构,是一种极具潜力的酞菁负载材料。研究碳纳米管与酞菁之间的相互作用,揭示催化反应机理,是控制酞菁催化反应的基础。本文通过固相法制备了四硝基铁酞菁(FeTNPc),部分还原后得到带氨基的硝基铁酞菁(FeMATNPc)。利用羧基改性的多壁碳纳米管(MWCNTs)与FeMATNPc发生酰胺反应制备了MWCNTs-CONH-Fe TNPc;利用原始MWCNTs与FeMATNPc发生脱氨基反应直接键合制备了与MWCNTs-FeTNPc。实验选用酸性红G(AR1)和对氯苯酚(4-CP)作为主要底物,H2O2为氧化剂,来研究催化剂的活性。论文还研究了温度、氧化剂浓度、pH等对催化活性的影响。循环实验表明催化剂具有良好的稳定性。电子顺磁共振(EPR)用来检测自由基和MWCNTs中的导带电子,循环伏安实验用来研究MWCNTs和酞菁之间的电子转移。MWCNTs的引入使酞菁催化体系的活性大大增强,在两个催化体系中都有羟基自由基(?OH)、过氧自由基(?OOH)和高价铁(Fe(IV)=O)的形成。实验表明,两个体系中活性种的形成有很大差异。在MWCNTs-FeTNPc/H2O2体系中,少量的H2O2便可形成大量的?OH和?OOH;尽管只有少量?OH在MWCNTs-CONH-FeTNPc/H2O2体系中生成,但有更多的Fe(IV)=O活性种参AR1的氧化。EPR和CV实验推测,MWCNTs中充满导带电子,且其与酞菁之间的电子传输效率较高;而氧化MWCNTs中导带电子则十分匮乏,其与酞菁之间的电子传输效率也较低。MWCNTs-CONH-FeTNPc和MWCNTs-FeTNPc电子性质的不同,是两个体系催化活性不同的本质原因。本研究为制备高效的MWCNTs负载型催化剂提供了新的思路,为调控有机合成、绿色化学以及环境处理中的催化反应奠定了基础。
【关键词】：碳纳米管 铁酞菁 共价接枝 双氧水 有机污染物
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;X703
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-29
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 水中有机污染物的处理现状13-14
• 1.2.1 物理法13-14
• 1.2.2 生物法14
• 1.3 金属酞菁催化剂的研究现状14-23
• 1.3.1 化学法15-17
• 1.3.2 酞菁在催化合成中的应用17-18
• 1.3.3 酞菁在催化氧还原中的应用18-19
• 1.3.4 酞菁在催化降解有机污染物中的应用19-23
• 1.4 碳纳米管在水处理中的应用23-27
• 1.4.1 碳纳米管的优良特性24-25
• 1.4.2 碳纳米管作为吸附剂在水处理中的应用25
• 1.4.3 碳纳米管作为催化剂载体在水处理中的应用25-27
• 1.5 课题的提出及研究内容27-29
• 1.5.1 课题的提出27-28
• 1.5.2 课题研究内容28-29
• 第二章 多壁碳纳米管共价接枝铁酞菁的制备及表征29-42
• 2.1 引言29-30
• 2.2 实验部分30-35
• 2.2.1 实验原料与仪器30-31
• 2.2.2 铁酞菁的合成31-32
• 2.2.3 MWCNTs-FeTNPc复合物的制备32
• 2.2.4 MWCNTs-CONH-Fe TNPc复合物的制备32-34
• 2.2.5 样品的表征34-35
• 2.3 结果与讨论35-41
• 2.3.1 FePc负载量的测定35
• 2.3.2 红外光谱分析35-37
• 2.3.3 XPS分析37-41
• 2.4 小结41-42
• 第三章 多壁碳纳米管共价接枝铁酞菁的催化性能42-62
• 3.1 引言42-43
• 3.2 实验部分43-45
• 3.2.1 实验原料43
• 3.2.2 实验仪器43-44
• 3.2.3 实验方法44-45
• 3.3 结果与讨论45-61
• 3.3.1 MWCNTs-CONH-Fe TNPc的催化性能研究45-52
• 3.3.2 MWCNTs-FeTNPc的催化性能研究52-59
• 3.3.3 两种催化剂催化性能的比较59-61
• 3.4 小结61-62
• 第四章 多壁碳纳米管共价接枝铁酞菁的催化机理62-80
• 4.1 引言62
• 4.2 实验部分62-67
• 4.2.1 实验原料62-63
• 4.2.2 实验仪器63
• 4.2.3 实验方法63-67
• 4.3 结果与讨论67-78
• 4.3.1 活性种的检测分析67-74
• 4.3.2 催化剂电学性质分析74-76
• 4.3.3 催化反应机理分析76-78
• 4.4 小结78-80
• 第五章 总结80-82
• 参考文献82-93
• 硕士期间发表论文93-94
• 致谢94

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;国际禁用十二种有机污染物[J];现代农业;2002年03期

2 ;我国降解有机污染物研究获得重大突破[J];农化新世纪;2006年04期

3 赵青;李培军;;有机污染物在土壤中老化行为的研究进展[J];生态学杂志;2008年03期

4 彭天杰;;乡镇企业中有机污染物的种类、危害和防治措施[J];环境科学动态;1986年02期

5 刘秀芬,孙思恩,廖永强;用高效毛细管气相色谱质谱联用法鉴定蚊香烟中的有机污染物[J];环境化学;1989年01期

6 盖新杰，贾春明，郑铁力，宋子春;北方降雪对大气中有机污染物的净化[J];环境与健康杂志;1995年06期

7 李敬芬;有机污染物在植物中的积累[J];北方环境;1996年02期

8 梁重山,党志;超临界二氧化碳流体萃取土壤中有机污染物的研究进展[J];重庆环境科学;2000年01期

9 张勇,林汉华,潘嘉辉,Bruce John Richardson,洪华生,郑金树,胡绍q，

本文编号：1061001