聚丙烯腈纤维负载催化剂的制备及其在染料去除中的应用

发布时间：2017-10-21 23:01

  本文关键词：聚丙烯腈纤维负载催化剂的制备及其在染料去除中的应用

  更多相关文章： 多胺 盐酸羟胺 聚丙烯腈纤维 负载 催化 吸附 染料

【摘要】：本文以聚丙烯腈纤维(PANF)为基底材料,采用胺类化合物对其改性,将改性后纤维与金属盐通过一定的反应制备相应的负载型催化剂,并应用于水溶液中活性染料和酸性染料的去除;此外,初步探讨了氨基功能化纤维在吸附金属离子方面的应用。首先,以聚丙烯腈纤维为基底材料,分别与多胺类化合物(乙二胺、四乙烯五胺、超支化聚乙烯亚胺)和盐酸羟胺发生胺化反应,引入氨基、偕胺肟等基团。改性之后的纤维与三价铁络合得到非均相负载催化剂(ED-PANF-Fe、TP-PANF-Fe、PE-PANF-Fe和AO-PANF-Fe),应用于活性红195的催化降解。通过元素分析、XRD、SEM、FT-IR等方法对改性纤维进行了表征,利用EDS对催化剂中铁含量进行了分析,并对催化剂去除染料的方式及效果进行了探究。结果表明:多胺类和盐酸羟胺成功地对PANF进行了改性,TP-PANF-Fe铁含量只有1.12%,而盐酸羟胺改性PANF易与金属铁离子络合形成稳定的铁配合物,铁含量达到11.59%。UV测试结果表明ED-PANF-Fe、TP-PANF-Fe和PE-PANF-Fe对染料的去除率分别为98.05%,90.82%,31.11%,是吸附和催化共同作用的结果。而盐酸羟胺改性纤维降解染料速度相对较慢,50 min降解率达到98.8%,是催化作用的结果,催化剂循环利用3次时,降解率仍在在90%以上。其次,以盐酸羟胺、水合肼以及两者混合物为改性试剂与聚丙烯腈纤维反应,得到改性PANF(AO-PANF、HA-PANF和M-PANF),在氯化铜溶液中浸泡后,用硼氢化钠还原,得到相应的负载型催化剂(Cu-AO-PANF、Cu-HA-PANF、Cu-M-PANF),用于酸性橙II和甲基橙的催化去除。对制备过程中铜盐浸泡时间、铜盐浓度以及催化剂的稳定性进行了探究,通过XRD、SEM、FT-IR、EDS、XPS及DSC对改性PANF以及最终催化剂进行表征,并且对催化剂去除染料的方式及产物进行了分析。结果表明:在铜盐中浸泡5 h、铜盐浓度0.35 mol/L为催化剂的最佳制备条件,在pH4条件下催化剂表现出良好的稳定性;负载铜含量Cu-AO-PANFCu-M-PANFCu-HA-PANF;应用于催化甲基橙和酸性橙II两类染料的去除,染料催化去除率与铜含量一致:Cu-AO-PANFCu-M-PANFCu-HA-PANF,其中Cu-AO-PANF在10 min内对两种染料的催化去除率均达到90%,且可以多次循环利用。再次,通过多胺类改性纤维与氯乙酸反应制备了氨基乙酸型腈纶纤维(PANEDF-AC,PANTPF-AC,PANPEF-AC)。通过有机元素分析和FT-IR分别对改性纤维有机元素和内部官能团进行了表征,利用EDS、AAS对改性纤维表面金属离子的含量进行了分析。结果表明,氨基乙酸型腈纶纤维能够吸附金属银离子,且对银离子吸附量分别达到33.5 mg/g,1.4 mg/g和0.3 mg/g,是一种潜在的金属离子吸附剂。
【关键词】：多胺 盐酸羟胺 聚丙烯腈纤维 负载 催化 吸附 染料
【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
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 前言12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 染料废水的特点13-14
• 1.2.1 成分复杂且高浓度13
• 1.2.2 废水量大、色度高、毒性大13-14
• 1.2.3 水质变化大14
• 1.2.4 pH值变化大、水温水量变化大14
• 1.2.5 废水处理难度大14
• 1.3 染色废水常用处理技术14-16
• 1.3.1 混凝法15
• 1.3.2 吸附法15
• 1.3.3 化学氧化法15-16
• 1.3.3.1 臭氧氧化法15
• 1.3.3.2 光氧化法15-16
• 1.3.3.3 废水高温深度氧化处理16
• 1.3.4. 磁分离法16
• 1.3.5 活性污泥法16
• 1.4 国内外处理染料的研究进展16-19
• 1.4.1 高级氧化法17
• 1.4.1.1 Fenton催化剂17
• 1.4.1.2 光Fenton催化剂17
• 1.4.1.3 非均相Fenton催化剂体系17
• 1.4.2 改性纤维吸附染料17-18
• 1.4.3 改性聚丙烯腈纤维18-19
• 1.4.3.1 氨基化螯合聚丙烯腈纤维18-19
• 1.4.3.2 含硫螯合聚丙烯腈纤维纤维19
• 1.5 选题意义及研究内容19-21
• 1.5.1 选题意义19-20
• 1.5.2 研究内容20-21
• 第二章 胺类改性聚丙烯腈纤维铁络合物催化剂的制备、表征及其在去除活性染料中应用21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-25
• 2.2.1 材料与试剂21-23
• 2.2.1.1 实验试剂21-22
• 2.2.1.2 仪器与设备22-23
• 2.2.2 实验和测试方法23-25
• 2.2.2.1 改性PANF方法23-24
• 2.2.2.2 改性PANF与铁离子的配位24-25
• 2.2.2.3 染料去除25
• 2.3 结果与讨论25-31
• 2.3.1 增重率25
• 2.3.2 改性PANF有机元素分析25-26
• 2.3.3 改性PANF的SEM26-27
• 2.3.4 改性PANF的XRD27-28
• 2.3.5 改性PANF的FTIR28-29
• 2.3.6 改性PANF铁配合物的EDS分析29
• 2.3.7 改性PANF铁配合物对活性红195的催化降解研究29-31
• 2.3.7.1 多胺改性PANF铁配合物去除染料29-30
• 2.3.7.2 盐酸羟胺改性PANF铁配合物去除染料30-31
• 2.4 结论31-32
• 第三章 改性聚丙烯腈纤维负载铜催化剂的制备、表征及其在酸性染料去除中的应用32-61
• 3.1 引言32-33
• 3.2 试剂和仪器33-34
• 3.2.1 试剂33
• 3.2.2 仪器33-34
• 3.3 实验部分34-36
• 3.3.1 改性聚丙烯腈纤维制备34-35
• 3.3.1.1 盐酸羟胺改性聚丙烯腈纤维的制备34
• 3.3.1.2 水合肼改性聚丙烯腈纤维的制备34-35
• 3.3.1.3 盐酸羟胺和水合肼混合物改性聚丙烯腈纤维的制备35
• 3.3.2 改性纤维负载铜催化剂的制备35
• 3.3.3 催化剂催化去除染料35
• 3.3.4 HPLC色谱条件35-36
• 3.4 结果与讨论36-50
• 3.4.1 改性聚丙烯腈纤维负载催化剂制备条件探究36-50
• 3.4.1.1 浸渍时间及增重率对负载量的影响36
• 3.4.1.2 铜盐浓度对负载量的影响36-38
• 3.4.1.3 pH值对催化剂稳定性的影响38-39
• 3.4.1.4 催化剂的DSC表征39-41
• 3.4.1.5 催化剂的FTIR表征41-43
• 3.4.1.6 催化剂的XRD表征43-44
• 3.4.1.7 催化剂的XPS表征44-46
• 3.4.1.8 催化剂的EDS谱图46-48
• 3.4.1.9 催化剂的扫描电子显微镜图48-49
• 3.4.1.10 盐酸浸渍法49-50
• 3.5 结果与讨论50-59
• 3.5.1 Cu-AO-PANF催化剂的应用50-53
• 3.5.1.1 催化甲基橙（MO）50-51
• 3.5.1.2 催化酸性橙II51-53
• 3.5.2 Cu-M-PANF催化剂的应用53-54
• 3.5.2.1 催化甲基橙（MO）53
• 3.5.2.2 催化酸性橙II53-54
• 3.5.3 Cu-HA-PANF催化剂的应用54-59
• 3.5.3.1 催化甲基橙（MO）54-55
• 3.5.3.2 催化酸性橙II55
• 3.5.4 HPLC&MS测试催化产物55-59
• 3.5.4.1 催化甲基橙产物55-57
• 3.5.4.2 催化酸性橙Ⅱ产物57-59
• 3.6 结论59-61
• 第四章 氨基乙酸型腈纶纤维的制备、表征及其在金属离子吸附中的应用初探61-68
• 4.1 引言61
• 4.2 实验部分61-64
• 4.2.1 试剂与仪器61-62
• 4.2.2 多胺改性PANF与氯乙酸反应62-64
• 4.2.2.1 多胺类改性PANF62-63
• 4.2.2.2 改性聚丙烯腈纤维与氯乙酸反应63
• 4.2.2.3 氨基乙酸型腈纶纤维吸附金属银离子63-64
• 4.3 结果与讨论64-67
• 4.3.1 增重率和元素分析64-65
• 4.3.2 功能化纤维的FTIR65-67
• 4.3.2.1 乙二胺氨基乙酸型腈纶纤维的FTIR65-66
• 4.3.2.2 四乙烯五胺氨基乙酸型腈纶纤维的FTIR66
• 4.3.2.3 超支化聚乙烯亚胺氨基乙酸型腈纶纤维的FTIR66-67
• 4.3.3 功能化纤维的SEM67
• 4.4 结论67-68
• 第五章 结论与展望68-70
• 5.1 结论68
• 5.2 后续工作展望68-70
• 参考文献70-80
• 附录 攻读学位期间的研究成果80-81
• 致谢81

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