模拟酶光催化剂的合成及性能研究

摘要

本文合成了结构上类似于细胞色素P-450的酞菁衍生物—四磺酸铁酞菁(FePcS)，利用其中心铁离了对H2O2的活化而达到对水中污染物氧化消除的目的。
　　 本文对传统的苯酐一尿素法合成FePcS的工艺进行了改进，将高温无毒的溶剂环丁砜引入反应体系，以磺化苯酐作为“分子碎片”，硫酸亚铁作为“模板剂”，加入钼酸铵、氯化胺作为催化剂，采用液相模板法合成。用红外光谱、紫外一可见吸收光谱和定氮实验对产物结构进行了印证分析，确定了最佳反应条件，得到晟大产率32.0％。
　　 本实验采用有机溶剂法，以三甲胺盐酸盐和环氧氯丙烷为原料，在乙醇介质中自制了阳离子改性剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(CHPTA)，将其用于棉纤维的阳离子改性，四磺酸铁酞菁接枝改性后纤维制得新型负载型光催化纤维。通过正交实验和极差分析，确定了改性和负载的最佳工艺条件，得到最高负载量1.90％。
　　 该催化纤维在可见光的照射下能有效地催化H2O2氧化降解有机染料活性红。考察了催化剂和氧化剂的用量、活性红浓度、pH值及无机盐和表面活性剂的加入等对其降解作用的影响。实验结果表明，在模拟可见光照射下，纤维用量1.0g/L、H2O2用量0.19mol/L、pH=4.93时，该催化剂可使40mg/L活性红染料水溶液的脱色率接近100％，化学需氧量(COD)的玄除率达67.0％。该催化纤维所需要的光源为可见光，容易操作，经济可行；与均相催化体系相比，避免了催化剂的流失，实现了重复使用，具有很大的实用价值。本实验的研究成果将为这一催化剂的开发应用提供重要的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 前言

1.1 印染废水的处理技术

1.1.1 物理法

1.1.2 生物法

1.1.3 化学法

1.2 光催化氧化法的研究进展

1.2.1 光反应基础

1.2.2 几种常见的光催化体系

1.3 酞菁化合物的研究进展

1.3.1 酞菁化合物的结构

1.3.2 取代酞菁的合成方法

1.3.3 酞菁化合物在水处理领域的应用

1.4 棉纤维改性技术的研究进展

1.4.1 复合技术改性

1.4.2 化学反应方法

1.4.3 生物工程改性

1.4.4 纳米技术改性

1.5 课题的提出及研究内容

第二章 实验部分

2.1 实验仪器及药品

2.1.1 实验药品

2.1.2 实验仪器

2.2 四磺酸铁酞菁的制备

2.2.1 合成方法

2.2.2 正交实验设计

2.2.3 钼酸铵用量对产品收率的影响

2.2.4 反应温度对产品收率的影响

2.3 四磺酸铁酞菁的表征

2.3.1 含氮量N％的测定

2.3.2 红外光谱分析

2.3.3 紫外-可见吸收光谱分析

2.4 CHPTA(3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵)的合成与表征

2.4.1 CHPTA的合成方法

2.4.2 CHPTA的合成步骤

2.4.3 CHPTA的表征

2.5 负载四磺酸铁酞菁棉纤维的制备

2.5.1 棉纤维的改性

2.5.2 改性棉纤维的负载

2.5.3 正交实验设计

2.5.4 测试方法

2.6 负载四磺酸铁酞菁棉纤维的性能研究

2.6.1 负载棉纤维的稳定性能测试

2.6.2 负载棉纤维降解染料废水的应用研究

2.7 负载棉纤维光催化降解染料废水的实验过程

2.7.1 催化剂对不同类型染料光催化氧化效果的研究

2.7.2 对活性红模拟印染废水的光催化氧化研究

第三章 四磺酸铁酞菁的合成及其表征

3.1 四磺酸铁酞菁的合成

3.1.1 正交实验分析

3.1.2 钼酸铵用量对产品收率的影响

3.1.3 反应温度对产品收率的影响

3.2 四磺酸铁酞菁的表征

3.2.1 含氮量N％的测定

3.2.2 红外光谱的印证

3.2.3 紫外-可见吸收光谱的印证

第四章 负载四磺酸铁酞菁棉纤维的制备

4.1 CHPTA的表征

4.1.1 熔点的测定结果

4.1.2 红外光谱分析

4.1.3 核磁共振分析

4.1.4 定氮实验结果分析

4.2 负载棉纤维的制备研究

4.2.1 负载溶液的可见光全波长扫描

4.2.2 负载溶液标准曲线的绘制

4.2.3 棉纤维改性条件的研究

4.2.4 棉纤维负载条件的研究

4.2.5 最优工艺条件下制备负载棉纤维

4.3 负载棉纤维的性能研究

4.3.1 负载棉纤维稳定性的研究

4.3.2 负载棉纤维降解染料废水的研究

第五章 对活性红模拟印染废水的光催化氧化研究

5.1 不同实验条件对活性红染料的催化氧化结果

5.2 催化剂重复使用的催化性能研究

5.3 不同催化剂浓度对活性红染料的光催化氧化结果

5.4 不同pH值对活性红染料的光催化氧化结果

5.5 不同氧化剂浓度对活性红染料的光催化氧化结果

5.6 对不同浓度活性红染料的光催化氧化结果

5.7 不同光源照射对活性红染料的光催化氧化结果

5.8 不同负载量的催化剂对活性红染料的光催化氧化结果

5.9 不同类型的无机盐对活性红染料的光催化氧化结果

5.9.1 不同阴离子钠盐对活性红染料的光催化氧化影响

5.9.2 不同阳离子硫酸盐对活性红染料的光催化氧化影响

5.9.3 不同浓度NaCl对活性红染料的光催化氧化影响

5.10 不同类型的表面活性剂对活性红染料的光催化氧化结果

5.10.1 十二烷基苯磺酸钠(DBS)对活性红光催化氧化的影响

5.10.2 十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对活性红光催化氧化的影响

5.10.3 十二烷基甜菜碱对活性红光催化氧化的影响

5.10.4 OP-10对活性红光催化氧化的影响

5.10.5 OP-10对模拟染料废水COD值变化的影响

第六章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况

致 谢