PAN納米纖維膜鐵配合物非均相Fenton反應(yīng)催化劑的制備與應(yīng)用.pdf

1、本文將響應(yīng)曲面法應(yīng)用于靜電紡絲技術(shù)中優(yōu)化紡制不同纖維直徑的聚丙烯腈(PAN)納米纖維膜，將它們經(jīng)過(guò)偕胺肟改性后與Fe3+進(jìn)行配位反應(yīng)制備不同直徑的偕胺肟改性PAN納米纖維膜鐵配合物，重點(diǎn)考察了纖維直徑對(duì)PAN納米纖維膜的偕胺肟改性反應(yīng)的影響，研究了不同直徑偕胺肟改性PAN納米纖維膜與Fe3+的配位反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特性以及與反應(yīng)溫度和Fe3+初始濃度之間的關(guān)系。并分別使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、傅立葉紅外光譜(FTIR)、X射線光電子能

2、譜(XPS)、X射線衍射(XRD)和紫外可見(jiàn)漫反射光譜(DRS)等分析測(cè)試技術(shù)對(duì)偕胺肟改性PAN納米纖維膜鐵配合物進(jìn)行表征以確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)和表面形貌。然后將不同直徑的偕胺肟改性PAN納米纖維膜鐵配合物作為非均相Fenton反應(yīng)催化劑應(yīng)用于有機(jī)染料水的氧化降解反應(yīng)中，在討論了催化劑的Fe3+含量、輻射光強(qiáng)度和溶液pH值對(duì)其催化活性以及穩(wěn)定性的影響以及對(duì)過(guò)氧化氫濃度和染料分子結(jié)構(gòu)等適用性的基礎(chǔ)上評(píng)估了纖維直徑與偕胺肟改性PAN納米纖維膜催化

3、活性之間的關(guān)系。此外，還比較了PAN納米纖維膜與PAN普通纖維在偕胺肟改性和配位反應(yīng)中以及所形成改性PAN纖維鐵配合物作為非均相Fenton反應(yīng)催化劑性能等方面的異同點(diǎn)。
　　結(jié)果表明，在PAN納米纖維膜的靜電紡絲過(guò)程中，依據(jù)響應(yīng)曲面法能夠?qū)徑z工藝參數(shù)如PAN溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、紡絲電壓、擠出速率和接收距離等進(jìn)行預(yù)測(cè)和優(yōu)化，有利于紡制出不同纖維直徑的PAN納米纖維膜。多種分析結(jié)果證實(shí)，使用鹽酸羥胺能夠?qū)AN納米纖維膜進(jìn)行偕胺肟改性反

4、應(yīng)，并且它們的氰基轉(zhuǎn)化率隨著纖維直徑的增大而提高。不同直徑的偕胺肟改性PAN納米纖維膜均能與Fe3+進(jìn)行配位反應(yīng)生成改性PAN納米纖維膜鐵配合物，且配位反應(yīng)可使用Langmuir等溫吸附模型和Lagergren準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行描述。盡管升高溫度可促進(jìn)兩者之間的配位反應(yīng)，但是Fe3+初始濃度的增加則會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)速率的降低。值得注意的是，纖維直徑變小能夠加速兩者之間的配位反應(yīng)并獲得高Fe3+含量的改性PAN納米纖維膜鐵配合物。
　　

5、改性PAN納米纖維膜鐵配合物作為非均相Fenton反應(yīng)催化劑對(duì)不同結(jié)構(gòu)有機(jī)染料的氧化降解反應(yīng)具有顯著地催化作用。催化劑中Fe3+含量的增加和輻射光強(qiáng)度的增大均能夠明顯改善其催化活性，而溶液pH的升高則能夠抑制其催化活性。而且過(guò)氧化氫濃度的提高也有利于改性PAN納米纖維膜鐵配合物存在時(shí)染料的催化降解反應(yīng)。紫外可見(jiàn)光譜和總有機(jī)碳量(TOC)分析顯示，改性PAN納米纖維膜鐵配合物不僅可催化偶氮類染料、三芳甲烷類染料和蒽醌類染料的降解反應(yīng)，而且

6、還能夠使之礦化生成水、CO2和無(wú)機(jī)鹽。另一方面，改性PAN納米纖維膜鐵配合物作為非均相Fenton反應(yīng)催化劑具有較好的重復(fù)利用性能，重復(fù)使用4次后其催化活性并未顯著降低。特別需要指出的是，改性PAN納米纖維膜鐵配合物的催化活性受到其中纖維直徑的顯著影響，由直徑為500 nm-700nm的纖維所構(gòu)成的改性PAN納米纖維膜鐵配合物表現(xiàn)出最高的催化性能，這主要決定于纖維的比表面積、纖維間孔隙尺寸的大小、孔隙率和表面性能等諸多因素。與PAN普通