活性碳纖維負(fù)載金屬卟啉降解有機(jī)污染物的研究.pdf

1、在過去的數(shù)十年里，仿生催化降解有機(jī)污染物引起了人們的廣泛關(guān)注。其中，金屬卟啉被認(rèn)為是一種潛在的可用于污水處理的仿生催化劑，但小分子金屬卟啉存在易自聚失活、穩(wěn)定性差、pH適應(yīng)范圍窄、分離回收困難等缺陷，這限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。因此，開發(fā)高活性、pH適應(yīng)范圍廣、穩(wěn)定性好、易分離回收的金屬卟啉催化劑一直是活躍而極具挑戰(zhàn)性的研究課題。本論文將鐵卟啉(hemin)負(fù)載到活性碳纖維(ACF)上，構(gòu)筑得到一種高效的非均相金屬卟啉催化劑(hemin-AC

2、F)，并以雙氧水為氧化劑，活性紅染料(RR195)為目標(biāo)污染物，研究該催化劑降解染料的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與單一小分子鐵卟啉相比，ACF的引入明顯增強(qiáng)了hemin活化雙氧水的能力，并極大改善了其pH-tolerant性和穩(wěn)定性。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)在hemin-ACF/H2O2體系基礎(chǔ)上引入抗壞血酸(AA)能急劇加快其降解污染物的速度。本論文不僅為應(yīng)用金屬卟啉作為仿生催化劑降解有機(jī)污染物提供了新思路，而且還賦予了纖維材料仿生催化的新內(nèi)涵，同時(shí)對(duì)

3、解決我國目前日益嚴(yán)重的水污染問題也具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。主要研究?jī)?nèi)容分為以下兩部分：
　　將鐵卟啉通過共價(jià)鍵結(jié)合負(fù)載到活性碳纖維上，制備得到活性碳纖維負(fù)載鐵卟啉(hemin-ACF)，并通過X射線光電子能譜(XPS)、紫外-可見吸收光譜(UV-Vis)等對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。采用hemin-ACF/H2O2體系對(duì)活性紅(RR195)進(jìn)行催化氧化降解，研究溶液pH、溫度等因素對(duì)RR195催化氧化降解性能的影響，并考察該催化劑的持續(xù)

4、催化性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：相比小分子 hemin，活性碳纖維負(fù)載鐵卟啉(hemin-ACF)的催化活性要高一個(gè)數(shù)量級(jí)(pH=6.98, T=50℃, kobs(hemin-ACF)=0.0871 min–1??kobs(hemin)=0.0084 min–1)，并且該催化劑循環(huán)使用10次后催化活性沒有明顯降低，表明hemin-ACF對(duì)染料RR195具有較好的催化性能和重復(fù)使用性。以異丙醇、苯醌、疊氮化鈉等為捕獲劑，結(jié)合紫外-可見吸收光譜(UV

5、-Vis)、電子順磁共振波譜（EPR）等測(cè)試手段推測(cè)了反應(yīng)體系中的活性種為?OH，?OOH，1O2和Fe(IV)=O，并探討活性碳纖維增強(qiáng)鐵卟啉的機(jī)制。
　　為了構(gòu)筑更高效的催化氧化體系，我們?cè)趆emin-ACF/H2O2體系的基礎(chǔ)上引入抗壞血酸(AA)從而構(gòu)建了hemin-ACF/AA/H2O2體系。相比hemin/H2O2和hemin-ACF/H2O2體系，這一體系能極大提高染料的降解速率。我們對(duì)這一增效現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，發(fā)

6、現(xiàn)hemin-ACF/H2O2體系中 ACF上的自由電子強(qiáng)度隨反應(yīng)時(shí)間而下降，同時(shí)伴隨著更多?OH和Fe(IV)=O的產(chǎn)生，說明電子從ACF轉(zhuǎn)移到hemin，加速了其催化循環(huán)，從而促進(jìn)了?OH和Fe(IV)=O的產(chǎn)生。當(dāng)AA加入hemin-ACF/H2O2體系， ACF上的自由電子先升高，表明AA能傳遞電子給ACF從而增加其自由電子含量，而后下降得更明顯，表明ACF上的自由電子更快地傳遞給hemin，從而進(jìn)一步產(chǎn)生了更多的?OH和Fe(