鈷酞菁-PAN納米纖維催化降解染料的研究.pdf

1、隨著人類工業(yè)文明的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益突出，而其中水污染問題尤為嚴重。染料廢水作為水污染的一個主要的污染源，具有高色度、高化學需氧量、高生物需氧量、多懸浮物質、成分復雜等特點，通常難以被生物降解。因此，開發(fā)出一種能夠高效環(huán)保地處理染料廢水的方法刻不容緩。高級氧化技術能夠產生強氧化性的活性種，可以將染料等有機污染物迅速氧化降解，引起了研究者的廣泛關注。許多研究證明金屬酞菁可以高效地催化過氧化氫、有機過氧化物、氧氣等氧化劑產生強氧化性

2、物質用于氧化降解有機污染物。然而金屬酞菁的平面大環(huán)結構導致其在溶液中容易形成二聚體或者多聚體，阻礙金屬酞菁大平面軸向與氧化劑配位，從而導致催化效果的下降。因此，我們需要采用一種簡單易行的方法將金屬酞菁分子負載到載體上，不僅能夠防止金屬酞菁分子形成二聚體或者多聚體，提高了催化活性，同時也能夠解決金屬酞菁的回收再利用問題。
　　本論文分別將四氨基鈷酞菁(CoTAPc）、無取代鈷酞菁(CoPc）和四硝基鈷酞菁（CoTNPc）溶解于N-甲

3、基吡咯烷酮（NMP）后，繼續(xù)加入聚丙烯腈（PAN）一起溶解混合后通過靜電紡絲法制得了三種負載有上述鈷酞菁的納米纖維(CoTAPc-PAN-F、CoPc-PAN-F和CoTNPc-PAN-F），用FE-SEM、XRD和FT-IR對其進行了表征。并主要研究了CoTAPc-PAN-F催化過氧化氫（H2O2）和過一硫酸氫鉀復合鹽（PMS）氧化降解酸性染料AR1的性能，并探討了pH值、溫度、氧化劑濃度、催化劑濃度等因素對催化性能的影響。同時橫向比

4、較了三種不同取代基鈷酞菁納米纖維的催化性能，初步探討了CoTAPc-PAN-F分別對H2O2和PMS的催化機理并考察了CoTAPc-PAN-F催化H2O2和PMS降解AR1的循環(huán)使用性能。具體的研究內容和結果如下：
　　1. CoTAPc-PAN-F能夠有效地催化H2O2和PMS氧化降解酸性染料AR1。其中在pH值范圍為8~10的硼酸鹽緩沖液中，當pH值為8.5時，CoTAPc-PAN-F催化H2O2氧化降解AR1的效果最佳；在p

5、H值范圍為4~7的磷酸鹽緩沖液中，隨著 pH值的逐漸提高， CoTAPc-PAN-F催化PMS氧化降解AR1的效果逐漸提升，同時升高反應溫度，增加氧化劑濃度和CoTAPc-PAN-F添加量都能提高催化降解體系的效果。
　　2.三種催化功能纖維的催化 H2O2和 PMS的性能排序皆為 CoTAPc-PAN-F>CoPc-PAN-F>CoTNPc-PAN-F。我們認為這是取代基效應導致了三種鈷酞菁納米纖維催化活性的差別。氨基具有較強的

6、給電子效應，而硝基具有較強的吸電子效應，給電子效應越強，H2O2更容易產生異裂，而H2O2異裂能夠產生高價鈷這種活性物種氧化降解AR1；同時也是由于氨基較強的給電子效應，使PMS更容易產生強氧化性的活性物質SO4–?和HO?氧化降解AR1。
　　3.通過加入活性種捕獲劑IPA和NaCl，初步探討了CoTAPc-PAN-F催化H2O2和PMS氧化降解AR1的機理。由實驗結果我們推測CoTAPc-PAN-F催化H2O2產生的主要活性物

7、質為高價鈷配合物且無HO?的產生；CoTAPc-PAN-F催化PMS產生的主要活性物質為SO4–?和HO?。
　　4.通過對CoTAPc-PAN-F催化H2O2降解AR1的循環(huán)使用性能的研究可知，該催化纖維在循環(huán)使用5次之后，其催化活性沒有明顯降低，表明該催化功能納米纖維具有較為理想的循環(huán)使用活性；通過對CoTAPc-PAN-F催化PMS降解AR1的循環(huán)使用性能的研究可知，該催化纖維在循環(huán)使用2次之后，其催化降解活性發(fā)生明顯下降，