催化纖維凈化室內(nèi)空氣有機(jī)污染物的研究.pdf

1、隨著人們生活水平的提高，室內(nèi)空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs，VolatileOrganic Compounds)特別是惡臭氣體和甲醛污染日益嚴(yán)重，已達(dá)到嚴(yán)重影響人們生活和危害人體健康的程度，同時(shí)城市居民平均約有80％的時(shí)間在室內(nèi)度過(guò)，因此，室內(nèi)空氣中有機(jī)污染物的治理勢(shì)在必行。本論文從合成雙核金屬酞菁(Mt2Pc2)入手，將其負(fù)載在纖維素纖維上制備得到新型的功能性纖維-催化纖維，研究了催化纖維對(duì)臭氣、甲醛等主要有機(jī)污染物的催化氧化性能，

2、實(shí)現(xiàn)在室溫常壓下凈化室內(nèi)空氣中臭氣、甲醛的目的。
　　 論文采用苯酐-尿素路線固相法制備了八羧基金屬酞菁(MtPc)和雙核金屬酞菁，并采用紅外光譜(IR)、紫外光譜(UV-Vis)、熱重分析(TGA)、原子吸收光譜(AAS)及飛行質(zhì)譜(MALDI-TOF)對(duì)其進(jìn)行了表征。以巰基乙醇為催化對(duì)象，測(cè)試了單核八羧基金屬酞菁與雙核金屬酞菁的催化性能，結(jié)果表明雙核金屬酞菁的催化性能高于對(duì)應(yīng)的單核金屬酞菁。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)單核銅酞菁對(duì)巰基乙醇

3、幾乎沒(méi)有催化活性，而雙核銅酞菁對(duì)巰基乙醇表現(xiàn)出了較高的催化活性，通過(guò)分析研究，這是由于雙核銅酞菁分子結(jié)構(gòu)的大П電子共軛體系、中心銅離子價(jià)態(tài)的變化以及酞菁環(huán)對(duì)不同價(jià)態(tài)中心金屬離子的穩(wěn)定性不同所致。論文還研究了pH、酞菁濃度和反應(yīng)溫度對(duì)雙核銅酞菁催化巰基乙醇的影響，結(jié)果表明在pH為6～11時(shí)，初始反應(yīng)速率隨著pH值的增大而逐漸增大，并且在pH為11時(shí)達(dá)到最大，隨后反應(yīng)速率有所降低。這主要是由于在金屬酞菁催化氧化反應(yīng)中，巰基乙醇的電離程度隨著

4、溶液pH值的升高而增加，其電離產(chǎn)物SCH2CH2OH也增加，故氧化反應(yīng)速率增加；當(dāng)pH大于11時(shí)，體系中存在著大量的OH-，它們將與-SCH2CH2OH競(jìng)爭(zhēng)絡(luò)合酞菁中心的金屬離子，占據(jù)了配位點(diǎn)而導(dǎo)致催化巰基乙醇的初始反應(yīng)速率降低。隨著溫度和催化劑濃度的增加，雙核銅酞菁催化活性不斷提高，計(jì)算雙核銅酞菁催化巰基乙醇的活化能Ea為41.19 kJ/mol，這說(shuō)明該氧化還原反應(yīng)是一個(gè)吸熱反應(yīng)。
　　 雙核銅酞菁對(duì)H2O2分解反應(yīng)的催化性

5、能測(cè)試表明，當(dāng)pH>8時(shí)，H2O2的分解速率隨pH的增大而增大；pH≤8時(shí)，其分解速率與pH值關(guān)系不大。這是由于在堿性狀態(tài)下，H2O2將分解為HOO-，HOO-更容易與酞菁中心銅離子配位，從而導(dǎo)致分解H2O2的速率提高。雙核銅酞菁濃度的對(duì)數(shù)與H2O2初始分解速率的對(duì)數(shù)基本上呈線性增長(zhǎng)關(guān)系。同時(shí)還研究了混合雙核金屬酞菁(CO2Pc2和Fe2Pc2)對(duì)巰基乙醇的催化性能，發(fā)現(xiàn)混合酞菁表現(xiàn)出了更高的催化活性，這是由CO2Pc2與Fe2Pc2的

6、協(xié)同催化效應(yīng)所致。
　　 采用陽(yáng)離子改性劑SM對(duì)纖維素纖維改性，然后將雙核金屬酞菁負(fù)載在改性纖維素纖維上制備得到催化纖維(Mt2Pc2CF)，并優(yōu)化了制備催化纖維的工藝：pH=8，T=100℃，t=60min，[Mt2Pc2]=0.4g·L-1。研究了催化纖維的消臭性能，結(jié)果表明催化纖維在常溫常壓下可有效地催化氧化消除甲硫醇和硫化氫，并且催化纖維具有很好的重復(fù)使用性能。
　　 在催化纖維CO2Pc2CF中引入助催化劑得到

7、新型的催化纖維(P-CO2Pc2CF)，研究了P-CO2Pc2CF對(duì)甲醛的催化氧化性能，并考察了催化劑用量、溫度、甲醛初始濃度、氧氣、可見(jiàn)光等因素對(duì)催化甲醛的影響。結(jié)果表明，助催化劑的引入提高了CO2Pc2CF對(duì)甲醛的催化氧化性能，而且P-CO2Pc2CF對(duì)甲醛的催化性能隨催化劑用量、反應(yīng)溫度、氧氣濃度的增加而提高；室內(nèi)可見(jiàn)光對(duì)P-CO2Pc2CF催化甲醛基本無(wú)影響，而且催化纖維具有很好的重復(fù)使用性。通過(guò)氣相色譜(GC)、高效液相色譜(