鈷酞菁-PAN納米纖維催化降解染料的研究.pdf

1、隨著人類工業(yè)文明的快速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，而其中水污染問(wèn)題尤為嚴(yán)重。染料廢水作為水污染的一個(gè)主要的污染源，具有高色度、高化學(xué)需氧量、高生物需氧量、多懸浮物質(zhì)、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，通常難以被生物降解。因此，開發(fā)出一種能夠高效環(huán)保地處理染料廢水的方法刻不容緩。高級(jí)氧化技術(shù)能夠產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的活性種，可以將染料等有機(jī)污染物迅速氧化降解，引起了研究者的廣泛關(guān)注。許多研究證明金屬酞菁可以高效地催化過(guò)氧化氫、有機(jī)過(guò)氧化物、氧氣等氧化劑產(chǎn)生強(qiáng)氧化性

2、物質(zhì)用于氧化降解有機(jī)污染物。然而金屬酞菁的平面大環(huán)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其在溶液中容易形成二聚體或者多聚體，阻礙金屬酞菁大平面軸向與氧化劑配位，從而導(dǎo)致催化效果的下降。因此，我們需要采用一種簡(jiǎn)單易行的方法將金屬酞菁分子負(fù)載到載體上，不僅能夠防止金屬酞菁分子形成二聚體或者多聚體，提高了催化活性，同時(shí)也能夠解決金屬酞菁的回收再利用問(wèn)題。
　　本論文分別將四氨基鈷酞菁(CoTAPc）、無(wú)取代鈷酞菁(CoPc）和四硝基鈷酞菁（CoTNPc）溶解于N-甲

3、基吡咯烷酮（NMP）后，繼續(xù)加入聚丙烯腈（PAN）一起溶解混合后通過(guò)靜電紡絲法制得了三種負(fù)載有上述鈷酞菁的納米纖維(CoTAPc-PAN-F、CoPc-PAN-F和CoTNPc-PAN-F），用FE-SEM、XRD和FT-IR對(duì)其進(jìn)行了表征。并主要研究了CoTAPc-PAN-F催化過(guò)氧化氫（H2O2）和過(guò)一硫酸氫鉀復(fù)合鹽（PMS）氧化降解酸性染料AR1的性能，并探討了pH值、溫度、氧化劑濃度、催化劑濃度等因素對(duì)催化性能的影響。同時(shí)橫向比

4、較了三種不同取代基鈷酞菁納米纖維的催化性能，初步探討了CoTAPc-PAN-F分別對(duì)H2O2和PMS的催化機(jī)理并考察了CoTAPc-PAN-F催化H2O2和PMS降解AR1的循環(huán)使用性能。具體的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　1. CoTAPc-PAN-F能夠有效地催化H2O2和PMS氧化降解酸性染料AR1。其中在pH值范圍為8~10的硼酸鹽緩沖液中，當(dāng)pH值為8.5時(shí)，CoTAPc-PAN-F催化H2O2氧化降解AR1的效果最佳；在p

5、H值范圍為4~7的磷酸鹽緩沖液中，隨著 pH值的逐漸提高， CoTAPc-PAN-F催化PMS氧化降解AR1的效果逐漸提升，同時(shí)升高反應(yīng)溫度，增加氧化劑濃度和CoTAPc-PAN-F添加量都能提高催化降解體系的效果。
　　2.三種催化功能纖維的催化 H2O2和 PMS的性能排序皆為 CoTAPc-PAN-F>CoPc-PAN-F>CoTNPc-PAN-F。我們認(rèn)為這是取代基效應(yīng)導(dǎo)致了三種鈷酞菁納米纖維催化活性的差別。氨基具有較強(qiáng)的

6、給電子效應(yīng)，而硝基具有較強(qiáng)的吸電子效應(yīng)，給電子效應(yīng)越強(qiáng)，H2O2更容易產(chǎn)生異裂，而H2O2異裂能夠產(chǎn)生高價(jià)鈷這種活性物種氧化降解AR1；同時(shí)也是由于氨基較強(qiáng)的給電子效應(yīng)，使PMS更容易產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的活性物質(zhì)SO4–?和HO?氧化降解AR1。
　　3.通過(guò)加入活性種捕獲劑IPA和NaCl，初步探討了CoTAPc-PAN-F催化H2O2和PMS氧化降解AR1的機(jī)理。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們推測(cè)CoTAPc-PAN-F催化H2O2產(chǎn)生的主要活性物

7、質(zhì)為高價(jià)鈷配合物且無(wú)HO?的產(chǎn)生；CoTAPc-PAN-F催化PMS產(chǎn)生的主要活性物質(zhì)為SO4–?和HO?。
　　4.通過(guò)對(duì)CoTAPc-PAN-F催化H2O2降解AR1的循環(huán)使用性能的研究可知，該催化纖維在循環(huán)使用5次之后，其催化活性沒(méi)有明顯降低，表明該催化功能納米纖維具有較為理想的循環(huán)使用活性；通過(guò)對(duì)CoTAPc-PAN-F催化PMS降解AR1的循環(huán)使用性能的研究可知，該催化纖維在循環(huán)使用2次之后，其催化降解活性發(fā)生明顯下降，