Al-Fe柱撑粘土湿法催化过氧化氢氧化苯酚类化合物的研究

摘要

苯酚类化合物因具有高毒性和难降解性对人类健康与生存环境造成了严重的危害和污染,因此研究苯酚类化合物的有效降解具有非常重要的意义。
　　论文主要开展了温和条件下Al-Fe柱撑粘土催化剂湿法催化过氧化氢氧化苯酚类化合物的研究。采用FT-IR、XRD、TG-DTA、EDX等表征手段对共聚法制备的Al-Fe柱撑粘土催化剂进行了结构确认,结果证实,交联剂已经成功插入到了粘土层间。将该Al-Fe柱撑粘土催化剂应用于苯酚类化合物的湿法催化过氧化氢氧化降解,结果表明:当煅烧温度为400℃,反应温度40℃,催化剂用量1.0g/L,n(苯酚):n(H2O2)=1:15,反应时间80min,pH=2.5-6.5时,苯酚去除率100％,TOC转化率达70%。催化剂的稳定性良好,重复利用四次后活性组分的流失仅占样品总量的0.4%。对于4-氯酚,湿法催化过氧化氢氧化降解的最佳条件是:反应温度50℃,催化剂用量1.0g/L,n(4-氯酚):n(H2O2)=1:15,pH=2.5-6.5,在此条件下,4-氯酚去除率100%,TOC转化率可达20%。
　　在此基础上,论文进一步对相同浓度的氯酚在同一条件下进行了湿法催化过氧化氢氧化研究,结果发现,氯原子在苯环上的位置不同,对氯酚的氧化影响不尽相同。具体来讲,单氯酚氯原子在羟基对位时氧化降解较慢,其次为邻位和间位。这是因为氯原子在苯环对位时吸电子效应比较显著,在邻位氯原子空间位阻效应比较显著,在间位时吸电子效应与供电子效应部分抵消,且空间位阻较小。并且在反应的早期即整个反应的速率控制步骤·OH主要进攻羟基的对位,生成(氯代)对苯醌,如果对位上有氯取代时则需先将其脱去,而脱氯需要耗费一定的时间。二氯酚的降解速率呈现以下顺序:3,5＞3,4＞2,5＞2,4＞2,6,即邻位氯原子数目越多,氧化降解越困难,其次为对位,再次为间位,这说明空间位阻效应是影响二氯酚反应速率快慢的重要因素,邻位越多,空间位阻越大,氧化降解速率越慢。对于三氯酚来讲,2,4,5＞2,4,6,二者不同之处在于前者有一邻位空置,后者邻位均被氯取代,这进一步说明羟基邻位空间位阻效应对氯酚反应速率的快慢具有重要的影响。苯环上氯原子数目越多,催化氧化反应速率越困难,从亲电反应的角度来讲,这可能是由以下原因引起的:其一,氯原子数目的增加占据了易于被·OH进攻的位置,降低了·OH进攻的效率;其二,·OH具有较高的亲电性,容易进攻高密度电子云,而Cl是吸电子取代基,苯环上氯的增加降低了苯环上电子云的密度,不利于·OH的进攻。

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第1章 绪论

1.1 苯酚类化合物简介

1.2 苯酚类化合物常见的处理方法及特点

1.3 柱撑粘土简介

1.4 论文的研究目的和内容

第2章 实验仪器与表征方法

2.1 试剂与仪器

2.2 Al-Fe柱撑粘土的表征方法

第3章 Al-Fe柱撑粘土的制备与表征

3.1 Al-Fe柱撑粘土的制备

3.2 Al-Fe柱撑粘土的表征结果

第4章 Al-Fe柱撑粘土湿法催化过氧化氢氧化苯酚类化合物的研究

4.1 Al-Fe柱撑粘土湿法催化过氧化氢氧化苯酚研究

4.2 Al-Fe柱撑粘土湿法催化过氧化氢氧化苯酚的活性评价

4.3 Al-Fe柱撑粘土湿法催化过氧化氢氧化4-氯酚研究

4.4 Al-Fe柱撑粘土湿法催化过氧化氢氧化4-氯酚的活性评价

第5章 Al-Fe柱撑粘土湿法催化过氧化氢氧化苯酚类化合物氧化机理的研究

5.1 湿法催化过氧化氢氧化苯酚机理的研究

5.2 湿法催化过氧化氢氧化氯酚机理的研究

5.3 小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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