铁配合物的制备及其催化性能研究

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仿酶配合物催化剂在工业生产过程中已经得到广泛应用。在印染行业中,棉织物的低温漂白前处理和染色后有色废水的脱色处理都需要催化剂的参与来提高处理效率。所以需要探究出新型配合物催化剂,同时具有优良的棉针织物低温前处理功能和染料催化降解性能,具有现实重要的意义。
  本课题首先选用两种吡啶类配体4,4’-二甲基-2,2’-联吡啶(C12H12N2,L1)和4,4’-(1,3-丙二基)双吡啶(C13H14N2,L2)分别与FeCl3·6H2O进行配位,合成了两种吡啶金属配合物FeL1和FeL2。然后将两种吡啶类配体氧化,得到吡啶氮氧化物配体C12H12N2O2(L1NO)和C13H14N2O2(L2NO),并与FeCl3·6H2O进行配位,合成了两种吡啶氮氧化物金属配合物FeL1NO和FeL2NO。通过元素分析(EA)、红外分析(FTIR)、核磁谱图(1H-NMR)和X射线单晶衍射(XRD),对所制备的两种吡啶氮氧化物配体及四种金属配合物进行了结构表征与分析,确定四个配合物的结构式为FeL1:Fe2(C12H12N2)4Cl2O;FeL1NO:Fe2(C12H12N2O2)4Cl2O;FeL2:Fe2(C13H14N2)4Cl2O;FeL2NO:Fe2(C13H14N2O2)4Cl2O。
  首先研究了四种配合物在棉针织物低温漂白前处理中的催化应用。筛选出对过氧化氢低温催化活性较高的两个配合物FeL1和FeL1NO,然后研究了配合物在催化过氧化氢低温漂白棉针织物的应用,分别对稳定剂PBTCA用量、pH值、温度、时间、过氧化氢用量、配合物浓度进行优化,得到FeL1NO催化剂的最佳工艺条件为:稳定剂PBTCA1g/L,pH值为10.5,温度为65℃,时间为105min,30%H2O2浓度为10g/L,配合物浓度为12.5μmol/L,精练剂ZJ-CH601g/L,浴比为1:20,白度达到73.5%。配合物FeL1漂白优化工艺条件为:稳定剂PBTCA1.5g/L,pH值为11,温度为80℃,时间为90min,30%H2O2浓度为10g/L,配合物浓度为17.5μmol/L,精练剂ZJ-CH60为1g/L,浴比为1∶20,白度达到66.85%。从漂白效果来看,配合物FeL1NO要优于配合物FeL1的漂白效果。与传统高温高碱条件下的漂白工艺相比,加入催化剂的优化工艺,在很大程度上降低了漂白温度。
  其次,研究了四种金属配合物催化降解活性蓝19染料的活性,其中FeLl表现出最好的催化活性。通过容器固定法进行单因素实验,分别对催化剂浓度、pH值、温度、双氧水浓度、染料浓度进行优化,得到配合物FeL1的最佳工艺条件:0.20g/L催化剂,pH=9,30℃,双氧水浓度为0.98mol/L,底物浓度为200mg/L,筛选后得到最优条件下的脱色率为92.6%。然后将最优工艺应用于双泵流动脱色和三泵流动脱色中,分别得到脱色率为91.12%和88.94%。进一步研究探讨了催化活性染料的脱色机理,研究发现,催化剂在整个催化过程中,形成一个活性五元环后对染料进行降解,五元环断裂恢复成原状,完成一个催化过程。
  以上研究表明,配合物仿酶催化剂无论是在低温漂白前处理还是染色废水脱色过程中均表现出优良的催化活性,在印染行业节能减排方面具有极大的应用前景。
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