热解钴酞菁催化剂降解染料及选择性催化氧化环己烯的研究

摘要

水是生命之源，我国水资源短缺严重，水灾害频发，而近年来工业废水的排放使得水资源短缺问题日益严峻。工业中一般使用物理法、生物法、化学法处理工业废水，物理法和生物法对于一些难降解、毒性大的有机污染物处理效果并不理想。高级氧化法近年来受到广泛的关注，高级氧化法处理过程中产生的羟基自由基（·OH）等强氧化活性种可以氧化大部分的有机污染物，最终氧化降解为可生物降解的小分子。然而·OH氧化没有选择性，且在工业废水复杂环境中活性易受影响，研究者开始了对于具有选择性、类似酶活性的高价金属活性种的研究。除此之外，工业废水中污染物的再利用同样是一个重要课题，因而选择性催化受到广泛关注。通过选择性催化反应，可以得到一些以普通方法较难获得的产物，从而节省能，做到真正的可持续。
　　本文通过溶剂热一步法合成碳纤维负载钴酞菁（CF/CoPc），并在空气条件下对CF/CoPc进行不同温度热处理，得到热解钴酞菁催化剂。通过对CF/CoPc及热解钴酞菁催化剂进行各种表征对比，发现经过煅烧处理的催化剂为有机无机复合的纳米材料催化剂。以酸性红为目标污染物测试催化剂的催化氧化性能。通过测试发现，通过溶剂热合成的钴酞菁（CoPc）相较于工业合成CoPc活性有所提高。活性对比发现，经不同温度煅烧热处理的热解钴酞菁催化剂中，410℃煅烧处理的热解钴酞菁催化剂（CF/CoPc-410）催化活性最好，且CF/CoPc-410的催化活性更优于CF/CoPc。针对CF/CoPc和CF/CoPc-410进行机理分析，发现经过煅烧热处理，催化剂机理发生改变，CF/CoPc-410/H2O2体系中并没有检测到·OH的生成，推测其为高价钴活性种催化机理；CF/CoPc/H2O2体系中检测到·OH的生成，为羟基自由基机理。
　　因CoPc-410与CoPc的催化机理有所不同，为进一步研究两者催化剂催化机理、产物的差异，分别以CoPc-410和CoPc为催化剂，选择性催化氧化环己烯，分析对比产物及催化剂选择性，探索了温度、H2O2与环己烯比例、pH、H2O2加入方式等对其产物的影响。实验结果表明，CoPc-410/H2O2体系中主要产物为环己烯醇，选择性较高；而CoPc/H2O2体系中主要产物为环己烯酮，且同时会生成多种、较大量的副产物，选择性较低。本文通过改变氧化剂的加入方式，匀速缓慢加H2O2，可有效提高反应转化率和H2O2利用效率，但选择性有所下降。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 工业废水的处理现状

1.3 选择性催化

1.4 钴配合物催化剂

1.5 溶剂热法合成的研究进展

1.6 课题的提出及研究内容

第二章 热解钴酞菁催化降解染料的研究

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

3.4 小结

第三章 热解钴酞菁催化剂选择性催化氧化环己烯的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第四章 总结

参考文献

硕士期间发表论文

致谢