有序介孔碳-金屬酞菁協(xié)同催化降解染料的研究.pdf

1、水是維系人的生存、保障經(jīng)濟(jì)建設(shè)和維護(hù)社會(huì)發(fā)展的重要元素之一，然而隨著工業(yè)化、城市化的發(fā)展世界面臨著水資源短缺和污染嚴(yán)重的難題，紡織和印染過程中產(chǎn)生的大量高COD、高色度廢水是其水資源污染中一個(gè)重要的污染源。傳統(tǒng)的印染廢水處理方法有物理化學(xué)法和生物法，其中物理法是將染料等有機(jī)污染物從液相轉(zhuǎn)移到固相而沒有將其真正去除，生物法卻因?yàn)槿玖匣蚱渲虚g產(chǎn)物的生物毒性而受到一定的局限性。以產(chǎn)生強(qiáng)氧化性活性種為主導(dǎo)的高級(jí)氧化法表現(xiàn)出了其特有的優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)

2、的高級(jí)氧化法卻存在耗能大、反應(yīng)條件苛刻等缺點(diǎn)，且廢水中的各種助劑的存在也對(duì)其應(yīng)用帶來不便?；谟∪緩U水的特點(diǎn)以及水資源面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)，對(duì)于我們這個(gè)紡織大國來講處理印染廢水是一個(gè)棘手而亟待解決的問題，開發(fā)一種高效綠色的處理印染廢水的方法對(duì)節(jié)約水資源有著重要的意義。
　　 金屬酞菁是類金屬卟啉結(jié)構(gòu)的18π電子大環(huán)共軛結(jié)構(gòu)化合物，其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性使其在催化方面得到了廣泛的應(yīng)用。我們注意到，將金屬酞菁負(fù)載化可以有效地提高其催

3、化活性，而載體的選擇大多為無機(jī)材料，如碳材料、沸石等。本文選取了具有有序孔道結(jié)構(gòu)的介孔碳作為金屬鈷酞菁的載體，將四氨基鈷酞菁與有序介孔碳以酰胺鍵共價(jià)結(jié)合，有序介孔碳的引入不僅可以如其它碳材料一樣起到催化劑載體和以自身電學(xué)性能提高金屬酞菁的活性的作用，其有序的開放性孔道還可以為降解產(chǎn)物提供運(yùn)輸?shù)耐ǖ?，避免了催化劑的失活?br>　　 本文首先采用苯酐-尿素法合成四氨基鈷酞菁，采用聚合自組裝合成有序介孔碳(OMC)，然后通過過硫酸鉀的熱堿

4、溶液將有序介孔碳羧酸化，接著采用酰胺鍵分別將四氨基鈷酞菁和基團(tuán)R共價(jià)接枝到羧酸化的有序介孔碳上制備得到有序介孔碳/金屬酞菁復(fù)合物（CoTAPc-OMC和CoTAPc-OMC-LQ）。使用UV-vis、FTIR-ATR、TGA、TEM、XRD、N2吸附/脫附等方法對(duì)OMC、oxidizedOMC、CoTAPc-OMC和CoTAPc-OMC-LQ進(jìn)行了表征。UV-vis、TGA、XRD、N2吸附/脫附等譜圖表明了CoTAPc已經(jīng)成功負(fù)載到O

5、MC上了，并且對(duì)OMC的氧化處理以及負(fù)載并沒有破壞OMC本身的有序孔道，孔徑?jīng)]有變化但比表面積有所減小。通過FTIR-ATR測(cè)試發(fā)現(xiàn)CoTAPc-OMC上的羰基明顯減少，說明CoTAPc是通過共價(jià)鍵接枝到OMC上的。
　　 選用酸性紅G(AR1)作為研究對(duì)象，采用UV-vis對(duì)CoTAPc-OMC催化體系對(duì)AR1的催化降解性能進(jìn)行了考察。發(fā)現(xiàn)該體系有較好的催化氧化AR1性能，研究了不同溫度、pH、底物和雙氧水濃度等對(duì)催化劑催化降

6、解AR1的性能影響。通過對(duì)ln(C0/C)-t和lnk-1/T作圖，發(fā)現(xiàn)CoTAPc-OMC催化降解AR1的反應(yīng)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)方程，并計(jì)算出該催化反應(yīng)的活化能為61.87KJ/mol。循環(huán)實(shí)驗(yàn)證明CoTAPc-OMC具有良好的循環(huán)使用活性，EPR測(cè)試表明該催化反應(yīng)既不是羥基自由基為主導(dǎo)的反應(yīng)也不是過氧自由基占主導(dǎo)的反應(yīng)。
　　 同樣選用AR1為底物研究CoTAPc-OMC-LQ催化體系的催化性能，發(fā)現(xiàn)該體系在大量無機(jī)鹽存在下

7、能具有較好的催化AR1降解性能。并研究了溫度、pH、底物濃度等因素對(duì)體系的催化性能的影響，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高反應(yīng)速率越快，研究發(fā)現(xiàn)該催化反應(yīng)也符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，通過阿倫尼烏斯公式計(jì)算出該催化反應(yīng)的活化能為48.22KJ/mol,比CoTAPc-OMC催化體系降低了13.65KJ/mol，并且克服了傳統(tǒng)生物酶遇高溫失活的劣勢(shì)。當(dāng)pH為3時(shí)，催化活性較低，隨著pH的升高，反應(yīng)速率加快，研究發(fā)現(xiàn)該催化體系從弱酸性到弱堿性都具有較高的催化活性