邻苯二酚类有机化合物的氧化降解研究

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邻苯二酚类化合物是结构中含一个或多个邻苯二酚基团的一类芳香化合物的统称,不仅存在于水果、蔬菜、烟草及一些药材中,还是芳香化合物降解过程中常见的中间产物,在化工行业、医药合成等领域都有广泛应用。当然,它作为一类重要的多酚类化合物,对环境、生物体的危害也不容小觑。适应工业蓬勃发展的需求,这类化合物的种类和结构趋于复杂化,其工业废水的降解难度也随之加大,若随废水的排放进入环境,通过累积、扩散,最终将威胁到动植物及人类的健康生存。因此,酚类化合物的降解是污水处理的重要课题。聚吡咯(PPy)是一种含π共轭结构的高分子材料,具有良好的导电性和可逆的氧化还原性质,不仅合成方法简单、稳定性好,而且对环境友好,是近些年研究较多的材料之一。在本论文中,我们采用简易的装置和方法制备聚吡咯复合材料,通过载体负载聚吡咯,克服聚吡咯本身分散性差、易团聚、难溶于水等缺点,并将这些复合材料应用于邻苯二酚类化合物的氧化降解,主要内容如下:1.以纳米SiO2、吡咯单体(Py)为原料,经FeCl3的氧化作用制备不同比例的聚吡咯/米二氧化硅(PPy/nSiO2)复合材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)对材料进行表征,并用于邻苯二酚紫溶液的氧化反应。结果表明,聚吡咯较均匀地负载到纳米SiO2表面,使PPy的比表面积增大,从而提高复合材料中PPy的氧化活性。对1×10-4mol/L的模拟废水,使用2.0mg/mL的PPy/nSiO2氧化反应2小时,邻苯二酚紫的去除率可达到94.7%:PPy/nSiO2还表现出一定的催化作用,可催化H202氧化邻苯二酚紫,不仅加快了反应速率,而且还可减少PPy/nSiO2的用量。2.用水热法制备纳米Mn02,以PPy/nSiO2的制备方法为基础,合成了聚吡咯/米二氧化锰(PPy/nMnO2)复合材料,通过SEM. FTIR和XPS等手段对复合材料进行表征。研究了PPy/nMnO2协同H202氧化降解邻苯二酚的反应,讨论了pH、PPy/nMnO2用量、H2O2浓度和无机阴离子对邻苯二酚去除效果的影响,并通过降解反应过程的UV-Vis图谱分析了邻苯二酚的降解途径。结果表明,PPy/nMnO2复合材料中PPy小球颗粒负载在纳米MnO2表面,整体呈现包覆状态;PPy/nMnO2对邻苯二酚表现出较好的氧化催化性能,对于初始浓度为4×10-mol/L邻苯二酚溶液,PPy/nMno2用量为0.5mg/mL,H2O2浓度为4×10-3 mol/L,反应2小时邻苯二酚的去除率可达91.4%,溶液中共存的Cl-和SO:-会对邻苯二酚的降解产生不同程度的抑制作用。3.对PPy/nMnO2复合材料氧化降解邻苯二酚紫的反应进行研究。讨论了反应过程中pH、PPy/nMnO2用量、溶液中常见离子对氧化降解效果的影响。实验结果显示,在pH=2的酸度体系中,对浓度为1×10-4mol/L的邻苯二酚紫溶液,0.7 mg/mL PPy/nMnO2氧化反应2小时后,邻苯二酚紫去除率可达95.5%,PPy/nMnO2较PPy/nSiO2表现出更好的氧化性能。
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