非均相钴催化剂活化PMS降解染料的研究

发布时间：2017-09-18 00:33

  本文关键词：非均相钴催化剂活化PMS降解染料的研究

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【摘要】：在环境催化领域,开发具有高效、绿色的氧化技术一直是十分重要且极具挑战的课题。在众多氧化技术中,活化过一硫酸氢钾(PMS)因能产生具有高氧化还原电势的硫酸根自由基,从而有效降解有机污染物引起了广泛的关注。其中,钴催化剂因其能高效活化PMS是目前该领域的研究重点。本论文从纤维材料的角度出发,巧妙地将活性碳纤维(ACFs)的巨大比表面积、优异的化学稳定性和钴催化特性结合,设计构筑非均相钴催化纤维,以PMS为氧化剂,以染料为探针化合物研究催化纤维的性能。制备得到的催化纤维具有高效、稳定、易再生利用及无二次污染等特性。论文重点研究催化剂活化PMS降解染料的性能、重复使用性能、催化机理等基础理论问题。本论文不仅为制备新一代功能型纤维提供新思路,而且为处理工业废水提供新思路,对解决日益严重的环境污染具有重要的学术和应用价值。主要研究内容分为以下两个部分:采用活性碳纤维(ACFs)为载体,钴离子(Co2+)为催化中心,制备得到活性碳纤维负载钴催化纤维(Co@ACFs),并通过原子吸收光谱、X射线光电子能谱、等温氮气吸附脱附等方法对其结构进行表征。以PMS为氧化剂,染料活性艳红X-3B(RR X-3B)等为探针化合物,考察了Co@ACFs的催化活性和重复使用性能,研究ACFs对催化降解反应的影响,重点以叔丁醇、甲醇、碘化钾等自由基捕获剂结合电子顺磁共振技术探究催化降解染料的机理。结果发现:ACFs与Co2+之间存在络合作用,且负载后的ACFs仍具有优异的吸附性能;Co@ACFs能高效活化PMS降解RR X-3B、酸性橙7(AO7)、酸性红1(AR1)、亚甲基蓝(MB)等多种结构不同的染料,35 min染料的降解率接近100%;该催化剂循环使用7次后催化活性没有明显降低,且催化过程中未检测到Co溢出,表明催化剂具有良好的重复使用性能和稳定性;ACFs的高吸附容量对催化反应起促进作用,其上的大量自由电子极大加快了Co2+/Co3+催化循环,从而增强了催化剂的催化活性;催化反应过程催化纤维表面产生了羟基自由基(?OH)和硫酸根自由基(SO4?-),从而高效降解RR X-3B,其中?OH在反应中占主导作用。为了构筑更稳定的催化氧化体系,本文选择了具有优异稳定性和高催化活性的钴酞菁(CoPc)作为催化中心,将其通过共价键的方式负载到活性碳纤维(ACFs)上,构筑得到活性碳纤维负载钴酞菁催化纤维(ACFs-CoPc),通过X射线光电子能谱等对其结构进行表征,考察其活化PMS降解染料酸性红1(AR1)的催化活性,重点研究催化纤维的重复使用性能和稳定性,以抗坏血酸、叔丁醇、甲醇、碘化钾等自由基捕获剂,结合电子顺磁共振捕获技术探究催化纤维活化PMS降解AR1的机理。实验表明:ACFs-CoPc能有效活化PMS降解AR1生成可生物降解的小分子,50 min内染料的去除率接近100%;催化纤维重复使用10次后对染料的降解率仍保持在98%以上,且循环后催化纤维上的CoPc结构未被破坏,反应溶液中未检测到Co溢出,表明该催化纤维具有高催化活性及优异的稳定性;催化反应过程中,染料首先被吸附到纤维的表面,然后被催化纤维活化PMS产生的?OH和SO4?-原位降解,其中SO4?-在反应中起主导作用。
【关键词】：活性碳纤维 非均相钴催化剂 过一硫酸氢钾 催化降解 机理
【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7-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 高级氧化技术11-15
• 1.1.1 基于羟基自由基的高级氧化技术11-13
• 1.1.2 基于硫酸根自由基的高级氧化技术13-15
• 1.2 Co/PMS技术15-19
• 1.2.1 均相Co/PMS体系15-17
• 1.2.2 非均相Co/PMS体系17-19
• 1.3 活性碳纤维概述19-20
• 1.3.1 活性碳纤维的分类19
• 1.3.2 活性碳纤维的结构19-20
• 1.3.3 活性碳纤维的应用20
• 1.4 课题的提出及研究内容20-23
• 1.4.1 课题的立论基础20-21
• 1.4.2 论文研究内容及实验方案21-23
• 第二章 活性碳纤维负载钴活化PMS降解染料的研究23-45
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验部分24-27
• 2.2.1 实验药品24
• 2.2.2 实验仪器24
• 2.2.3 活性碳纤维负载钴的制备24-25
• 2.2.4 Co@ACFs的表征25
• 2.2.5 催化降解染料的分析方法25-27
• 2.2.6 Co@ACFs降解染料的机理27
• 2.3 结果与讨论27-44
• 2.3.1 Co@ACFs的表征27-30
• 2.3.2 Co@ACFs降解染料的性能30-37
• 2.3.3 ACFs在降解染料中的作用37-41
• 2.3.4 Co@ACFs催化降解染料的机理41-44
• 2.4 小结44-45
• 第三章 活性碳纤维负载钴酞菁活化PMS降解染料的研究45-62
• 3.1 引言45-46
• 3.2 实验部分46-49
• 3.2.1 实验药品46
• 3.2.2 实验仪器46-47
• 3.2.3 活性碳纤维负载钴酞菁的制备47
• 3.2.4 ACFs-CoPc的表征47
• 3.2.5 催化降解染料的分析方法47-48
• 3.2.6 ACFs-CoPc降解染料的机理48-49
• 3.3 结果与讨论49-61
• 3.3.1 ACFs-CoPc的表征49-50
• 3.3.2 ACFs-CoPc降解染料的性能50-54
• 3.3.3 ACFs-CoPc催化降解染料的机理54-61
• 3.4 小结61-62
• 第四章 结论与展望62-64
• 4.1 结论62-63
• 4.2 展望63-64
• 参考文献64-77
• 硕士期间发表的论文77-79
• 致谢79

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本文编号：872325