聚合物半导体光催化活化过一硫酸氢盐降解酸性橙AO7的研究

发布时间：2018-02-28 22:30

本文关键词： 氮化碳可见光催化非金属酸性橙聚酰亚胺过硫酸氢盐硫酸根自由基　出处：《武汉纺织大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：大量的研究,发现金属催化剂大多存在金属离子溶出,并对水体造成二次污染等缺点。因而开发非金属催化剂活化过硫酸氢盐受到更多研究者的青睐。聚合物半导体光催化材料石墨相氮化碳(g-C3N4)和基于晶体的聚酰亚胺(PI)由于具有原料来源丰富、制备成本低、易加工、零金属引入等优点,具有广阔的发展前景。开发绿色、高效的聚合物半导体光催化剂活化PMS体系,进行有机物污染物的降解具有十分重大的意义。本论文制备了g-C3N4和PI两种聚合物半导体非金属光催化剂,采用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),N2吸附/解吸等温线,傅里叶变换红外光谱(FT-IR),X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱对催化剂进行了表征。考察了催化剂非均相活化PMS光催化降解酸性橙(AO7)的效果。探究反应条件对降解效果的影响,对催化剂的稳定性进行了探究。采用紫外-可见光谱UV-vis,液相色谱质谱ESI-MS和气相色谱质谱GC-MS法,对反应过程中的中间产物进行了分析,提出了催化体系对AO7的降解路径,阐明了催化剂活化PMS的反应机制。本文主要研究内容包括:(1)采用热解法制备了g-C3N4光催化剂,催化剂的表征结果显示该催化剂呈高度聚合状态,且具有良好的光吸收性能。反应30min时,AO7的去除率达到86%。催化剂的重复利用性实验表明催化剂能重复使用6次并保持较高的催化活性,说明g-C3N4具有良好的重复性和稳定性。自由基抑制剂实验表明,体系中生成了大量的硫酸根自由基SO4-·,对AO7的降解起主导作用。对反应过程中中间产物的检测,发现AO7先分解生成萘琨,并进一步降解成小分子酮类等物质。还探究了g-C3N4浓度、PMS浓度、染料浓度、溶液初始p H值等动力学因素对催化活性的影响。(2)采用热聚法合成了PI。催化剂的结构表征显示PI聚合度高,比表面积小。光学性能测试表明催化剂对紫外区和可见光区的光均有良好的吸收。AO7降解实验结果表明,PI/PMS/Vis体系对AO7具有良好的降解效果,30min染料降解率达到93%,并且催化剂重复使用5次之后,AO7去除率为95%,说明PI是一种高效、稳定、可重复使用的催化剂。动力学因素实验研究表明AO7降解率随PI浓度和PMS浓度的升高而增大,随染料浓度的升高和溶液p H值的升高而降低。基于对反应中间产物的分析提出了AO7的降解路径。根据自由基抑制剂实验结果分析了PI活化PMS降解染料的机理。(3)为了提高PI的比表面积,从而增强催化剂的光催化反应活性,制备了凹凸棒石负载的聚酰亚胺催化剂(PI-ATP)。通过探究不同煅烧温度,不同PI负债量催化剂活近年来,基于硫酸根自由基(SO4-·)的高级氧化技术因其能降解多种有机物而受到人们的广泛关注。研究者们对金属催化剂非均相活化过一硫酸氢盐(PMS)已经进行了化PMS降解AO7的效果,发现300℃煅烧的15%PI负载量的催化剂不仅能在20min内将20mg/L的AO7完全降解,而且该催化剂对其它不同化学结构的染料也具有良好的降解效果。催化剂的重复利用性实验表明催化剂可以重复使用5次,并且对反应后的催化剂进行结构表征发现催化剂的结构不发生任何变化,说明催化剂稳定性高。对反应过程中的中间产物的分析表明PI-ATP/PMS/Vis能破坏酸性橙结构中的偶氮结构,最终生成香豆素等小分子化合物。动力学实验结果表明高浓度的PI-ATP浓度、PMS浓度和低染料浓度以及酸性环境均有利于AO7的降解效率的提高。
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【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X791

【参考文献】