【摘要】：本文以小麥秸稈纖維素為原料研制出接枝共聚型秸稈基水凝膠和離子液體再生型秸稈纖維素/羽毛蛋白水凝膠,并將其作為制備納米金屬的模板和催化反應的反應器,用于典型納米金屬銅(Cu)和鎳(Ni)的原位合成和催化還原產(chǎn)氫及污染物降解。主要研究內容及結論如下:1.以小麥秸稈纖維素(WSC)為骨架與丙烯酸單體(AA)在引發(fā)劑和交聯(lián)劑的作用下發(fā)生接枝共聚反應并與聚乙烯醇(PVA)半互穿制得秸稈基水凝膠(WSC-g-PAA/PVA),并作為模板負載金屬離子,制備出秸稈基水凝膠-納米金屬復合物。通過紅外光譜、熱重分析、掃描電鏡、元素分析和X光射線衍射等儀器對秸稈基水凝膠-納米金屬復合物進行表征。紅外光譜,掃面電鏡和能譜分析表明,水凝膠對Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的吸附效果顯著并且吸附的金屬離子均勻的分散在水凝膠的表面,結果表明,該水凝膠對Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的負載量分別為177 mg/g和156.1 mg/g。熱重和X光射線衍射分析表明含有納米金屬的復合物的穩(wěn)定性要優(yōu)于原始水凝膠,水凝膠的三維網(wǎng)絡結構也保護了納米金屬防止其氧化。2.應用WSC-g-PAA/PVA-Ni(Cu)復合物作為催化劑,催化硼氫化鈉(NaBH_4)水解產(chǎn)氫實驗,探究不同條件(催化劑種類、數(shù)量,NaBH_4初始濃度,反應溫度,催化劑重復利用次數(shù)和存儲時間)對產(chǎn)氫速率的影響。研究表明WSC-g-PAA/PVA-Ni和WSC-g-PAA/PVA-Cu作為催化劑參與反應的活化能分別為32.66 kJ mol-1和34.83 kJ mol-1,增加催化劑的數(shù)量和NaBH_4的初始濃度會加快NaBH_4水解產(chǎn)氫的速率;催化劑重復使用5次以及存儲30天后,仍然保持較高的活性。3.應用WSC-g-PAA/PVA-Cu復合物作為催化劑,催化降解對硝基苯酚(4-NP)和氯霉素(CAP),探究不同條件(催化劑數(shù)量,NaBH_4數(shù)量,反應溫度)對4-NP和CAP催化降解速率的影響。根據(jù)Box-Behnken模型設計優(yōu)化最佳實驗條件,結果表明,反應溫度為30℃時,使用0.07gNaBH_4在0.07g催化劑存在的條件下,4-NP的降解率為99%,反應溫度為20℃時,使用0.03 g NaBH_4在0.03 g催化劑存在的條件下,CAP的降解率為90.59%。通過熱力學分析,兩種降解反應所需的活化能分別為17.30 kJ mol-1和21.42 kJ mol-1。結果表明制備的催化劑在催化降解4-NP和CAP方面有良好的效果。4.通過離子液體溶解小麥秸稈纖維素和雞羽毛蛋白(CFP)制得纖維素/羽毛蛋白水凝膠(WSC/CFP),并以WSC/CFP水凝膠為模板并制備出纖維素/羽毛蛋白水凝膠-納米金屬銅復合物(WSC/CFP-Cu)和磁性纖維素/羽毛蛋白水凝膠-納米金屬銅復合物(m-WSC/CFP-Cu)。通過紅外光譜、熱重分析、掃描電鏡、元素分析和X光射線衍射等儀器對WSC/CFP-Cu和m-WSC/CFP-Cu復合物進行表征。結果表明,兩種水凝膠對Cu(Ⅱ)離子的吸附量分別為30.83 mg/g和34.50 mg/g。紅外光譜、掃描電鏡、元素分析表明納米金屬銅可以均勻地分散在水凝膠的表面,吸附機理是金屬離子與水凝膠中的含氧官能團和含氮官能團(羥基、氨基)結合形成絡合物。熱重和X光射線衍射分析表明負載金屬后水凝膠的穩(wěn)定性要優(yōu)于沒有負載金屬的水凝膠,且負載在水凝膠上的納米金屬比較穩(wěn)定,不易氧化。5.應用WSC/CFP-Cu和m-WSC/CFP-Cu復合物作為催化劑,催化降解鄰硝基苯甲酸(2-NA),探究了催化劑用量,2-NA的初始濃度,反應溫度對2-NA降解速率的影響。結果表明隨著催化劑的用量,反應溫度的增加,2-NA的降解速率升高,隨著2-NA的初始濃度的增加2-NA的速率先增加后下降;熱力學分析結果表明,m-WSC/CFP-Cu復合物參與反應需要的活化能為46.00 kJ mol-1;結果說明,m-WSC/CFP-Cu復合物在催化降解2-NA的方面有很好的效果。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703
【圖文】：

了邋ＳＥＭ，邋ＥＤＳ，邋ＸＲＤ，邋ＦＴＩＲ邋和邋ＴＧＡ邋表征和分析。逡逑３．邋１接枝共聚型秸稈基水凝膠－納米金屬復合物的制備逡逑接枝共聚型秸稈基水凝膠－納米金屬復合物的制備過程如圖３－１所示。秸桿逡逑基水凝膠中的羧基（－ＣＯＯＨ）可以和金屬離子（Ｃｕ（ＩＩ）或Ｎｉ（ＩＩ）之間發(fā)生絡合作用，逡逑從而使金屬離子吸附到水凝膠內部中。將吸附后的水凝膠放入硼氫化鈉溶液中，逡逑將金屬離子還原成納米金屬單質。還原機理是ｂｈ４？中含有氫負離子，具有還原逡逑性，可以將二價的金屬離子還原成金屬單質。為了確定秸稈基水凝膠對Ｃｕ（ＩＩ）或逡逑Ｎｉ（ＩＩ）負載量，�。埃卞澹缂航�(jīng)吸附飽和的水凝膠放入盛有鹽酸的溶液中（１００邋ｍＬ，邋５逡逑ｍｏｌ／Ｌ）脫附，用火焰原子吸收法測定脫附后溶液的濃度。經(jīng)測定秸桿基水凝納米逡逑金屬復合物中負載Ｃｕ（ＩＩ）或Ｎｉ（ＩＩ）的量分別為１７７邋ｍｇ／ｇ和１５６．１邋ｍｇ／ｇ。逡逑：：蠢４蠢：媝－逡逑ｐｍ逡逑圖３－１邋ＷＳＣ－ｇ－ＰＡＡ／ＰＶＡ－Ｍ

ｆｏｒ邋ＷＳＣ－ｇ－ＰＡＡ／ＰＶＡ－Ｎｉ邋ａｓ邋ｃａｔａｌｙｓｔ，邋（ｂ）邋ｆｏｒ邋ＷＳＣ－ｇ－ＰＡＡ／ＰＶＡ－Ｃｕ邋ａｓ邋ｃａｔａｌｙｓｔ）．逡逑４．邋１．２溫度和ＮａＢＨ４＆初始濃度對產(chǎn)氫速率的影響逡逑不同溫度條件下的ＮａＢＨ４水解產(chǎn)氫實驗的結果如圖４－２（ａ）（ｂ）所示。當逡逑ＷＳＣ－ｇ－ＰＡＡ／ＰＶＡ－Ｎｉ作為催化劑的條件下，溫度從２０°Ｃ增加到５０°Ｃ，邋ＮａＢＨ４逡逑水解產(chǎn)生氫氣達到平衡的時間從６０邋ｍｉｎ縮短到１０邋ｍｉｎ。從表４－１可以看出，隨逡逑著溫度的升高，ＮａＢＨ４水解產(chǎn)氫速率從９８．０７邋ｍＬ邋（Ｈ２）／（ｇ邋ｏｆ邋ｃａｔａｌｙｓｔ邋ｍｉｎ）增加到逡逑３３０．８邋ｍＬ（Ｈ２）／（ｇ邋ｏｆ邋ｃａｔａｌｙｓｔ邋ｍｉｎ）。同理，ＷＳＣ－ｇ－ＰＡＡ／ＰＶＡ－Ｃｕ邋作為催化劑的條件逡逑下，隨著溫度的不斷升高，ＮａＢＨ４水解產(chǎn)生氫氣所需的時間從２５０邋ｍｉｎ下降到逡逑５０邋ｍｉｎ。ＮａＢＨ４邋水解產(chǎn)氛速率從邋１８．９５邋ｍＬ邋（Ｈ２）／（ｇ邋ｏｆ邋ｃａｔａｌｙｓｔ邋ｍｉｎ）上升到邋７２．７３邋ｍＬ逡逑（Ｈ２）／（ｇ邋ｏｆ邋ｃａｔａｌｙｓｔ邋ｍｉｎ）。上述結果表明，溫度的升高可以提升催化劑的催化性能。逡逑為了測定熱力學參數(shù)

？逡逑的催化活性。為了探究存儲性能對催化劑的影響，將催化劑存儲在密閉的充滿氮逡逑氣的去離子水中，催化活性和轉化率結果如圖４－４（ｂ）（ｄ）所示。從圖中可以看出隨逡逑著存儲時間的延長，轉化率一直保持１００％，催化劑存儲１天，３天，７天和１５天后，逡逑ＷＳＣ－ｇ－ＰＡＡ／ＰＶＡ－Ｎｉ催化劑的活性分別剩余９９％，９５％，邋８５％和７８％逡逑（ＷＳＣ－ｇ－ＰＡＡ／ＰＶＡ－Ｃｕ催化劑的活性分別剩余９７％，９３％，８２％和７５％），在存逡逑儲１５天后，催化劑仍然保持較高的催化活性，存儲３０天后，催化劑的活性下降逡逑程度加大（ＷＳＣ－ｇ－ＰＡＡ／ＰＶＡ－Ｎｉ邋的催化活性下降到邋７０％，邋ＷＳＣ－ｇ－ＰＡＡ／ＰＶＡ－Ｃｕ逡逑的催化活性下降到６５％）

【參考文獻】

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本文編號：2747505