论文部分内容阅读
生产和生活中的环境问题一直是人们关注的重大问题。硫醇和甲醛是日常生产和生活环境中普遍存在的两种有机污染物,因而两者的治理与人们生活品质的改善密切相关。金属酞菁是硫醇催化氧化的一类主要的催化剂,并且也是甲醛氧化的催化剂。活性碳纤维（ACF）是一类具有高比表面积的吸附剂,吸附性能十分优异,广泛应用于包括硫醇和甲醛在内的有机污染物的吸附去除。综合考虑金属酞菁的催化性能和ACF的吸附性能,本文首先合成了反应性的钴酞菁（m-CoPc）,再将其以共价键的形式负载于ACF载体上,制得ACF负载钴酞菁（ACF-CoPc）催化剂。在此基础上,研究ACF-CoPc对硫醇和甲醛的催化氧化性能。载体ACF的强吸附性可使目标污染物富集至催化剂CoPc周围,有助于加快CoPc对污染物的催化氧化,而CoPc可将吸附于ACF上的污染物催化氧化,有望对ACF进行不间断地再生。具体研究内容及结论如下:合成了四（2,4-二氯-1,3,5-三嗪基）氨基钴酞菁,然后将其以共价键的形式负载至经硝酸氧化处理的ACF（o-ACF）上,制得活性碳纤维负载钴酞菁（ACF-CoPc）。经原子吸收光谱法测试,ACF-CoPc上CoPc负载量为5.26μmol/g。氮气吸附法测试ACF和ACF-CoPc的比表面积及孔径分布,结果表明:硝酸处理后ACF的比表面积有所增大,而CoPc负载后ACF的比表面积有所减小。从孔径分布可以看出,硝酸处理使ACF表面微孔和中孔略有增加,而CoPc则对ACF表面的微孔和中孔有遮蔽和堵塞作用。采用超高效液相色谱（UPLC）测定一定反应时间后溶液中2-巯基乙醇（2-ME）及其产物的浓度,研究了ACF-CoPc在不添加碱的条件下对水中2-ME的催化氧化性能。在氧气气氛中,反应4h时ACF-CoPc对2-ME去除率达到100%,相应的溶液中氧化产物2,2’-二硫二乙醇（DTDE）的浓度为4.05×10-3mol/L;而此时o-ACF对2-ME的去除率仅为52.7%,相应的溶液中产物DTDE的浓度为2.00×10-3mol/L,这表明负载于ACF的CoPc能够在不添加碱的条件下催化氧气氧化2-ME。溶液pH、温度、振荡速度的升高均能够提高ACF-CoPc对2-ME的去除率,而2-ME初始浓度的增加、产物DTDE的吸附都会使ACF-CoPc对2-ME的去除率有所降低。另外,经六次循环使用后,ACF-CoPc对2-ME催化去除效果没有持续下降,可见循环使用性能良好。采用UPLC测定一定反应时间后溶液中丙硫醇（n-PM）及其产物的浓度,研究了ACF-CoPc对正己烷中n-PM的催化氧化性能。反应4h后,o-ACF对n-PM的去除率为23.9%,相应的溶液中氧化产物二丙基二硫醚（DPDS）的浓度为3.50×10-4mol/L,而ACF-CoPc对n-PM的去除率38.9%,相应的溶液中DPDS的浓度为5.19×10-4mol/L。这说明负载于ACF上的CoPc对正己烷中的n-PM有催化活性。ACF-CoPc有望应用于油品中的脱硫。随着n-PM的初始浓度升高,ACF-CoPc对n-PM的去除率降低。随着ACF-CoPc上CoPc的负载量增加,ACF-CoPc对n-PM的去除效果显著改善,这进一步表明了CoPc对正己烷中n-PM的催化氧化作用。采用乙酰丙酮分光光度法测定一定反应时间后甲醛的浓度,研究了ACF-CoPc在室温下对空气中甲醛的催化氧化性能。ACF-CoPc在空气中对甲醛的去除效果明显好于氮气中,从而说明ACF-CoPc能够在室温下催化空气中的氧气氧化甲醛。随着反应温度升高,ACF-CoPc对甲醛的去除率先增加后略有下降。在一定范围内,随着ACF-CoPc用量增加,甲醛的去除率可进一步提高。随着甲醛初始浓度增加,ACF-CoPc对甲醛的去除率降低。