本文關(guān)鍵詞：碳納米管共價接枝鐵酞菁催化降解有機污染物的研究

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【摘要】：水是人類賴以生存的最重要資源之一,在自然界中有著無可取代的地位。隨著社會的不斷發(fā)展,水資源的污染問題也越來越被人們廣泛關(guān)注。工業(yè)廢水是水污染的最大污染源,大部分的工業(yè)廢水中都含有大量的有毒污染物,如氯代芳香族化合物、抗生素、共軛染料等。這些有機化合物會對水體生物和人體產(chǎn)生非常嚴(yán)重的危害。因此,設(shè)計高效清潔的催化體系去除水中有機污染物具有非常重要的意義。金屬酞菁是一種與細胞色素P450活性中心卟啉結(jié)構(gòu)類似的大環(huán)共軛分子,常被用在催化的各個領(lǐng)域,利用不同的載體負載,可以制備出各種不同功能的催化體系。碳納米管是一種優(yōu)良電化學(xué)性能的材料,常被作為各種催化劑的載體應(yīng)用于各個催化領(lǐng)域。它與酞菁都具有π電子共軛結(jié)構(gòu),是一種極具潛力的酞菁負載材料。研究碳納米管與酞菁之間的相互作用,揭示催化反應(yīng)機理,是控制酞菁催化反應(yīng)的基礎(chǔ)。本文通過固相法制備了四硝基鐵酞菁(FeTNPc),部分還原后得到帶氨基的硝基鐵酞菁(FeMATNPc)。利用羧基改性的多壁碳納米管(MWCNTs)與FeMATNPc發(fā)生酰胺反應(yīng)制備了MWCNTs-CONH-Fe TNPc;利用原始MWCNTs與FeMATNPc發(fā)生脫氨基反應(yīng)直接鍵合制備了與MWCNTs-FeTNPc。實驗選用酸性紅G(AR1)和對氯苯酚(4-CP)作為主要底物,H2O2為氧化劑,來研究催化劑的活性。論文還研究了溫度、氧化劑濃度、pH等對催化活性的影響。循環(huán)實驗表明催化劑具有良好的穩(wěn)定性。電子順磁共振(EPR)用來檢測自由基和MWCNTs中的導(dǎo)帶電子,循環(huán)伏安實驗用來研究MWCNTs和酞菁之間的電子轉(zhuǎn)移。MWCNTs的引入使酞菁催化體系的活性大大增強,在兩個催化體系中都有羥基自由基(?OH)、過氧自由基(?OOH)和高價鐵(Fe(IV)=O)的形成。實驗表明,兩個體系中活性種的形成有很大差異。在MWCNTs-FeTNPc/H2O2體系中,少量的H2O2便可形成大量的?OH和?OOH;盡管只有少量?OH在MWCNTs-CONH-FeTNPc/H2O2體系中生成,但有更多的Fe(IV)=O活性種參AR1的氧化。EPR和CV實驗推測,MWCNTs中充滿導(dǎo)帶電子,且其與酞菁之間的電子傳輸效率較高;而氧化MWCNTs中導(dǎo)帶電子則十分匱乏,其與酞菁之間的電子傳輸效率也較低。MWCNTs-CONH-FeTNPc和MWCNTs-FeTNPc電子性質(zhì)的不同,是兩個體系催化活性不同的本質(zhì)原因。本研究為制備高效的MWCNTs負載型催化劑提供了新的思路,為調(diào)控有機合成、綠色化學(xué)以及環(huán)境處理中的催化反應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：碳納米管 鐵酞菁 共價接枝 雙氧水 有機污染物
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;X703
【目錄】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 緒論12-29
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 水中有機污染物的處理現(xiàn)狀13-14
• 1.2.1 物理法13-14
• 1.2.2 生物法14
• 1.3 金屬酞菁催化劑的研究現(xiàn)狀14-23
• 1.3.1 化學(xué)法15-17
• 1.3.2 酞菁在催化合成中的應(yīng)用17-18
• 1.3.3 酞菁在催化氧還原中的應(yīng)用18-19
• 1.3.4 酞菁在催化降解有機污染物中的應(yīng)用19-23
• 1.4 碳納米管在水處理中的應(yīng)用23-27
• 1.4.1 碳納米管的優(yōu)良特性24-25
• 1.4.2 碳納米管作為吸附劑在水處理中的應(yīng)用25
• 1.4.3 碳納米管作為催化劑載體在水處理中的應(yīng)用25-27
• 1.5 課題的提出及研究內(nèi)容27-29
• 1.5.1 課題的提出27-28
• 1.5.2 課題研究內(nèi)容28-29
• 第二章 多壁碳納米管共價接枝鐵酞菁的制備及表征29-42
• 2.1 引言29-30
• 2.2 實驗部分30-35
• 2.2.1 實驗原料與儀器30-31
• 2.2.2 鐵酞菁的合成31-32
• 2.2.3 MWCNTs-FeTNPc復(fù)合物的制備32
• 2.2.4 MWCNTs-CONH-Fe TNPc復(fù)合物的制備32-34
• 2.2.5 樣品的表征34-35
• 2.3 結(jié)果與討論35-41
• 2.3.1 FePc負載量的測定35
• 2.3.2 紅外光譜分析35-37
• 2.3.3 XPS分析37-41
• 2.4 小結(jié)41-42
• 第三章 多壁碳納米管共價接枝鐵酞菁的催化性能42-62
• 3.1 引言42-43
• 3.2 實驗部分43-45
• 3.2.1 實驗原料43
• 3.2.2 實驗儀器43-44
• 3.2.3 實驗方法44-45
• 3.3 結(jié)果與討論45-61
• 3.3.1 MWCNTs-CONH-Fe TNPc的催化性能研究45-52
• 3.3.2 MWCNTs-FeTNPc的催化性能研究52-59
• 3.3.3 兩種催化劑催化性能的比較59-61
• 3.4 小結(jié)61-62
• 第四章 多壁碳納米管共價接枝鐵酞菁的催化機理62-80
• 4.1 引言62
• 4.2 實驗部分62-67
• 4.2.1 實驗原料62-63
• 4.2.2 實驗儀器63
• 4.2.3 實驗方法63-67
• 4.3 結(jié)果與討論67-78
• 4.3.1 活性種的檢測分析67-74
• 4.3.2 催化劑電學(xué)性質(zhì)分析74-76
• 4.3.3 催化反應(yīng)機理分析76-78
• 4.4 小結(jié)78-80
• 第五章 總結(jié)80-82
• 參考文獻82-93
• 碩士期間發(fā)表論文93-94
• 致謝94

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本文編號：1061001