铀酰基催化剂的制备及在环境光化学中的应用

摘要

光催化降解技术在室温下充分利用太阳光，在光催化剂的催化降解作用下将有机污染物转化为无毒、无害的物质，以其反应条件简单、处理成本低以及无二次污染的特点，在污水处理领域具有潜在的应用，成为最有前景的污水处理技术之一。光催化剂作为光催化技术的关键，具有重要的研究意义。传统的半导体类光催化剂如 TiO2、CdS、ZnO等，其存在着光响应范围窄的缺点，因此开发新型在可见光区域有响应的光催化材料具有重要的研究价值。研究发现铀酰配合物表现出独特的可见光波段吸收和响应，成为光催化降解领域研究的热点。本文共合成了9例铀酰配合物：(UO2)(BPP)0.5(PHA)(1),(UO2)(BPE)0.5(PHA)(2)，[(UO2)(H2O)(PHA)](PYZ)0.5·H2O(3),[NH4UO2(IPA)1.5·H2O](4)[(UO2)2(IPA)(OH)2(H2O)]·H2O(5),(H24,4'-BPY)[(UO2)2(TPA)3]·(4,4'-BPY)0.5(6),[(CH3)2N]-[UO2(TPA)1.5]·2H2O(7),[(CH3)2N][UO2(TPA)1.5]·2H2O(8)和[(UO2(pydc)-(H2O)]·H2O(9)（H2PHA=邻苯二甲酸，H2IPA=间苯二甲酸，H2TPA=对苯二甲酸，BPP=1,3-二(4-吡啶基)丙烷，BPE=1,3-二(4-吡啶基)乙烯，PYZ=吡嗪，4,4'-BPY=4,4’-联吡啶），对其中的7例铀酰配合物进行了光催化降解研究。
　　配合物1–3是以 N,N’-基桥联配体为辅助配体的铀酰-邻苯二甲酸配合物，配合物1和2在桥联配体的连接作用下形成三维骨架结构，而配合物3中邻苯二甲酸根离子连接铀酰离子形成二维层状结构。配合物1和2在模拟太阳光的120 W LED灯照射下3小时对40 mg/mL的盐酸四环素的降解率分别为88.82%和78.02%。以配合物1为例探索了光催化剂用量对光催化降解活性的影响，并对配合物1的光催化降解循环性能进行了测试。配合物4和5是铀酰-间苯二甲酸配合物，配合物4为二维层状结构，配合物5为四核铀酰分子在间苯二甲酸的连接作用下构筑的一维链状结构。120 W LED灯光照两例配合物对40 mg/mL的盐酸四环素的光降解均表现出一定的活性，且配合物5（3小时的降解率为73.8%）的光催化降解活性远远大于配合物4（3小时的降解率为37.3%）。配合物6–8是铀酰-对苯二甲酸配合物，配合物7的结构已有文献报道。虽然三例配合物的合成方法类似，但是结构上却存在很大的差异，三例配合物都含有六元环状的二维层结构，配合物6中垂直方向的二维层之间相互穿插，配合物7中，平行的两个二维层之间通过六元环的大孔相互穿插，而配合物8中所有的二维层互相平行。对配合物6进行了在LED灯光照下对不同模拟污染物的光催化降解研究，发现其对对亚甲基蓝的降解率最高，90分钟降解率为93.9%。相同条件下，配合物7在LED灯光照下对40 mg/mL的盐酸四环素光催化降解率为85.6%，明显优于配合物6（仅为16.5%）。配合物9为2,5-吡啶二甲酸铀酰配合物，是一维链状结构，在模拟紫外光的高压汞灯下对不同染料的光催化降解活性进行了研究，对亚甲基蓝的光催化降解率最高（84.4%），表现出对模拟污染物降解的选择性。同时对不同量的催化剂量以及不同的光照强度对光催化降解效率的影响也进行了研究。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 水处理技术的研究现状

1.2金属有机配合物光催化降解污染物的研究

1.3 铀酰配合物的研究

1.4 本章小结

参考文献

2. 实验部分

2.1 实验试剂

2.2 仪器型号及测试方法

2.3 晶体结构测试

2.4 光催化降解测试

3 铀酰-邻苯二甲酸配合物的光催化性能研究

引言

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

参考文献

4铀酰-间苯二甲酸配合物的光催化性能研究

引言

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

参考文献

5 铀酰-对苯二甲酸配合物的光催化性能研究

引言

5.1 实验部分

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

参考文献

6 铀酰-2,5-吡啶二甲酸配合物的研究及光催化性质

引言

6.1 实验部分

6.2 结果与讨论

6.3 本章小结

参考文献

7 铀酰基催化剂的光催化性能讨论

7.1铀酰类配合物的光催化性能研究

7.2 铀酰配合物对盐酸四环素光催化降解机理

7.3 铀酰配合物作为光催化剂的总结与展望

参考文献

8 结论与展望

在学研究成果

致谢