纖維素纖維負(fù)載金屬酞菁催化降解染料及機(jī)理研究.pdf

1、水資源短缺足當(dāng)今社會(huì)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，工業(yè)廢水的處理一直是環(huán)境領(lǐng)域的重中之重。近年來(lái)，實(shí)際廢水中一些低濃度有毒污染物如共軛染料、氯代芳香族化合物、多溴聯(lián)苯醚、抗生素等處理已經(jīng)成為國(guó)際研究的焦點(diǎn)。對(duì)傳統(tǒng)的高級(jí)氧化技術(shù)，包括均相和非均相體系，在大量有機(jī)/無(wú)機(jī)化合物存在下對(duì)有毒目標(biāo)污染物的優(yōu)先去除相當(dāng)困難。因此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種高效去除實(shí)際廢水體系中有毒目標(biāo)污染物的催化體系具有重要的意義。
　　纖維素是一種由成百上千個(gè)β(1→4)葡萄糖單元

2、組成的化合物，是地球上最豐富的有機(jī)聚合物之一。纖維素纖維作為一種廣泛存在的纖維素衍生物，具有很多與生俱來(lái)的優(yōu)良特性，如突出的親水性，多羥基結(jié)構(gòu)，可控的表面電位等，是一種極具潛力的催化劑載體。金屬酞菁衍生物，具有18π電子大環(huán)共軛結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，易改性負(fù)載，在催化領(lǐng)域受到了普遍歡迎。利用不同中心金屬元素的金屬酞菁，可以制備得到不同驅(qū)動(dòng)的催化體系，為金屬酞菁催化劑的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　本文用共價(jià)接枝的方法制備合成兩種纖維素纖

3、維負(fù)載金屬酞菁催化劑(Co-TDTAPc-F，Zn-TDTAPc-F)，對(duì)其負(fù)載量和截面形貌進(jìn)行表征，結(jié)果表明金屬酞菁被成功接枝到纖維的表面和內(nèi)部。選用常見(jiàn)的陰離子染料酸性紅G(AR1)作為研究對(duì)象，引入清潔氧化劑H2O2，對(duì)Co-TDTAPc-F去除有機(jī)污染物的能力進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)該體系在模擬實(shí)際染料廢水的條件下對(duì)AR1有較高的催化氧化活性。論文還研究了不同pH、溫度、氧化劑含量和染化助劑對(duì)該催化體系活性的影響。重復(fù)實(shí)驗(yàn)表明該體系具有

4、較好的循環(huán)使用活性，EPR測(cè)試結(jié)果說(shuō)明該反應(yīng)是一個(gè)羥基自由基為主導(dǎo)的反應(yīng)。選用常見(jiàn)的陽(yáng)離子染料堿性綠(BG1)作為研究對(duì)象，氧氣作為氧化劑，測(cè)試Zn-TDTAPc-F催化劑在可見(jiàn)光下去除有機(jī)污染物的性能。發(fā)現(xiàn)該體系可以有效去除染料有機(jī)物，并具有較好的重復(fù)使用活性。研究了不同反應(yīng)pH、催化劑用量及染化助劑對(duì)體系活性的影響。EPR測(cè)試表明該反應(yīng)過(guò)程是單線(xiàn)態(tài)氧(1O2)機(jī)理，產(chǎn)物分析測(cè)試(UPLC-MS/GC-MS)表明降解過(guò)程中有機(jī)物發(fā)生了

5、深度氧化，生成飽和脂肪酸和脂肪醇類(lèi)化合物，完成了綠色催化。
　　兩個(gè)酞菁催化體系在大量有機(jī)/無(wú)機(jī)助劑存在下均表現(xiàn)出較高活性，與傳統(tǒng)的高級(jí)氧化法不同。纖維素纖維在其中發(fā)揮了重要作用，通過(guò)對(duì)底物的富集，纖維載體為催化反應(yīng)提供一個(gè)微環(huán)境，使活性大幅提高;因?yàn)槔w維在溶液中可控的表面電位和突出的溶脹性能，不僅使反應(yīng)免受Cl-、醇類(lèi)等自由基捕獲劑的影響，還促進(jìn)了催化體系對(duì)污染物的吸附與降解。本研究提供了一種從多組分廢水中優(yōu)先去除含量相對(duì)較少的