丙烯酸接枝聚丙烯纤维金属配合物的合成及其催化降解性能研究

摘要

本文使用丙烯酸对价格低廉和性能优良的聚丙烯(PP)纤维进行辐射接枝改性反应，制备丙烯酸接枝PP纤维(PAA-g-PP)。然后将其与三种不同金属离子如Fe3+等进行配位反应得到丙烯酸接枝PP纤维金属配合物，重点研究了PAA-g-PP与Fe3+的配位反应模型和影响因素，并分别使用傅立叶红外光谱(FTIR)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)等分析技术对改性PP纤维和其配合物的化学结构和光吸收性能进行了表征。随后将丙烯酸接枝PP纤维铁配合物(Fe-PAA-g-PP)作为非均相Fenton催化剂应用于常用偶氮染料活性红195的氧化降解反应中，系统探究了催化剂的用量和铁含量等因素对其催化活性的影响，考察了催化剂的使用稳定性能，并对染料的光催化降解反应进行了动力学分析，此外分别使用电子自旋共振测试(ESR)、紫外可见光光谱和COD分析对其降解过程的作用机理和反应历程进行了监测。最后选取Cu2+作为助金属离子，通过进行共配位反应制备了铁铜双金属PP纤维配合物，考察了Cu2+的加入对其配位结构的影响和催化活性的改善作用。
　　 结果表明，在接枝反应过程中，增加丙烯酸和光引发剂的浓度均能提高PAA-g-PP的接枝率。在进行配位反应时，提高纤维羧基含量或接枝率、增加金属离子初始浓度和升高反应温度都有利于配合物中金属离子含量的增大。并且此配位反应能够使用Langmuir等温吸附模型进行描述。多种分析结果证明，羧基已被接枝于PP纤维分子结构中，且能够与Fe3+进行配位结合形成稳定的配合物。经过接枝和配位反应后PP纤维的微结构和表面积并未出现显著变化，但是其对可见光的吸收性能却有较为显著地增强。丙烯酸接枝PP纤维铁配合物作为非均相Fenton反应催化剂对活性红195的降解反应具有明显的催化效果，其中铁含量的提高和可见光的引入均可促进染料的催化降解反应，且该反应符合假一级反应动力学模型。丙烯酸接枝PP纤维铁配合物不仅能够促进染料分子共轭体系和芳香环结构的分解反应，而且还能使之发生矿化反应。值得说明的是，Cu2+的引入不仅能够改变丙烯酸接枝PP纤维铁配合物的配位结构，而且能够通过协同作用显著提高其催化活性和使用稳定性。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 前言

1．1 印染行业对环境污染的现状

1．2 Fenton氧化技术

1．2．1 均相Fenton氧化技术

1．2．2 非均相Fenton氧化技术

1．2．3 非均相Fenton氧化技术的研究进展

1．3 聚丙烯纤维的结构与性能

1．3．1 聚丙烯纤维的结构、性能及其应用

1．3．2 聚丙烯纤维的表面改性技术

1．3．3 改性聚丙烯纤维的应用研究

1．4 问题的提出

1．5 课题研究的主要内容

1．6 课题研究目的和意义

第二章 实验部分

2．1 试剂与仪器

2．1．1 PP纤维

2．1．2 有机染料

2．1．3 试剂

2．1．4 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 丙烯酸接枝PP纤维的制备

2．2．2 羧基含量(QCOOH)的测定方法

2．2．3 丙烯酸接枝PP纤维金属配合物的制备

2．2．4 配合物金属离子的测定方法

2．2．5 配合物的表征方法

2．2．6 催化活性的测试方法

第三章 结果与讨论

3．1 丙烯酸接枝PP纤维的制备

3．1．1 紫外光引发接枝聚合反应

3．1．2 Co60-γ射线引发接枝聚合反应

3．1．3 PAA-g-PP接枝率与羧基含量之间的关系

3．1．4 小结

3．2 PAA-g-PP与金属离子的配位反应

3．2．1 PAA-g-PP与Fe3+的配位反应

3．2．2 PAA-g-PP与Cu2+的配位反应

3．2．3 PAA-g-PP与Ce3+的配位反应

3．2．4 PAA-g-PP与金属离子配位反应的比较

3．2．5 小结

3．3 PAA-g-PP及其铁配合物的表征

3．3．1 SEM分析

3．3．2 FTIR分析

3．3．3 XPS分析

3．3．4 XRD分析

3．3．5 BET测试

3．3．6 DRS分析

3．3．7 小结

3．4 Fe-PAA-g-PP在染料催化降解反应中的应用

3．4．1 Fe-PAA-g-PP催化活性考察

3．4．2 染料降解过程分析

3．4．3 QFe的影响

3．4．4 催化剂用量的影响

3．4．5 染料降解反应动力学

3．4．6 重复利用性

3．4．7 小结

3．5 Cu2+对Fe-PAA-g-PP催化活性的改善

3．5．1 铁铜双金属PP纤维配合物的制备

3．5．2 铁铜双金属PP纤维配合物的表征

3．5．3 光催化性能的改善

3．5．4 重复利用性的改善

3．5．5 小结

第四章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢