金属配合物负载PAN纤维对有机染料降解的光催化性能研究

摘要

本文以偕胺肟改性聚丙烯腈（PAN）纤维作为载体材料，使用2，2'-联吡啶铁(FeB)和酞菁铁(FePc)代替Fe3+与其进行反应制备了改性PAN纤维负载金属吡啶/酞菁配合物，并将其作为非均相Fenton催化剂应用于染料的氧化降解反应中。首先使用傅立叶红外光谱(FTIR)、光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(DRS)等技术对其进行了表征，重点考察了FeB和FePc分子与纤维之间的结合方式及作用机理，然后选取常用染料罗丹明B作为主要目标污染物，重点考察了配合物分子结构、Fe负载量、可见光强度和pH值等因素与其催化性能之间的关系，并对其反应机理进行了初步研究。此外，为进一步提高PAN纤维Fenton体系的催化性能，选取Cu2+作为助金属离子，使其与FeB/FePc一起和偕胺肟改性PAN纤维进行反应制备了双金属配合物，考察了Cu2+对其配位结构的影响，并对两种金属离子间的协同效应与其催化性能的关系进行了研究。
　　结果显示，FeB主要通过与PAN纤维第三单体的离子键以及与偕胺肟基团的羟基的配位键负载于纤维上，而FePc则主要通过其轴向配位作用与偕胺肟基团的羟基进行结合。相似条件下，FeB/FePc负载PAN纤维均显示出远高于Fe3+负载PAN纤维的光催化活性，其中FeB催化剂对可见光的依赖性较强，而FePc催化剂在暗态条件下也能够有效催化染料的降解反应。两种催化剂都能够有效矿化染料分子，同时具有良好的使用稳定性，但是ESR结果显示两种反应体系的作用机理明显不同。FeB负载PAN纤维催化H2O2分解能够产生强氧化性的羟基自由基，而FePc和H2O2体系的主要活性物种则为高价铁产物PcFe(Ⅳ)=O。此外，Cu2+能够通过配位作用与偕胺肟中OH和NH2进行结合，从而与FeB/FePc一起负载于PAN纤维上制备双金属催化剂。而且当纤维中Cu/Fe摩尔比接近于1时，Cu2+能够通过与Fe2+之间的相互作用提升FeB/FePc负载PAN纤维在染料氧化降解中的光催化活性。Cu2+的引入未改变FeB负载PAN纤维催化反应体系的活性物种，仍是通过羟基自由基氧化降解染料分子。而Cu2+对FePc负载PAN纤维催化体系的反应机理具有明显影响，它能够通过两种金属离子间的协同效应，促进Cu2+/Cu+之间的循环并催化H2O2分解产生羟基自由基，使体系中同时出现高价铁PeFe(Ⅳ)=O和羟基自由基两种活性物种，也使其与FePc负载PAN纤维相比各方面催化性能都发生了显著变化。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 选题背景

1．1．1 水污染概况

1．1．2 印染废水处理技术

1．1．3 高级氧化技术

1．2 Fenton技术

1．2．1 均相Fenton技术

1．2．2 非均相Fenton技术

1．2．3 基于Fe配合物的Fenton体系

1．3 聚丙烯腈(PAN)纤维

1．3．1 PAN纤维的结构和性能

1．3．2 PAN纤维的改性反应

1．3．3 改性PAN纤维的研究进展

1．3．4 基于改性PAN纤维的非均相Fenton体系

1．4 问题的提出

1．5 本课题的主要研究内容和意义

1．5．1 本课题的主要研究内容

1．5．2 本课题的研究意义

第二章 PAN纤维负载FeB配合物的制备及催化性能研究

2．1 实验部分

2．1．1 材料与试剂

2．1．2 实验仪器

2．1．3 实验方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 FeB-PAN的制备

2．2．2 FeB-PAN的表征

2．2．3 FeB-PAN在染料降解中的催化性能

2．2．4 FeB-PAN的机械性能与热稳定性能

第三章 PAN纤维负载Cu／FeB双金属配合物的催化性能研究

3．1 实验部分

3．1．1 材料与试剂

3．1．2 实验仪器

3．1．3 实验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 Cu／FeB-PAN的制备及表征

3．2．2 Cu／FeB-PAN在染料降解中的催化性能

第四章 PAN纤维负载FePc配合物的制备及催化性能研究

4．1 实验部分

4．1．1 材料与试剂

4．1．2 实验仪器

4．1．3 实验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 FePc-PAN的制备

4．2．2 FePc-PAN的表征

4．2．3 FePc-PAN在染料降解中的催化性能

第五章 PAN纤维负载Cu／FePc双金属配合物的催化性能研究

5．1 实验部分

5．1．1 材料与试剂

5．1．2 实验仪器

5．1．3 实验方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 Cu／FePc-PAN的制备及表征

5．2．2 Cu／FePc-PAN在染料降解中的催化性能

第六章 结论

参考文献

博士期间发表论文和参加科研情况

致谢