基于金屬酞菁催化降解染料及檢測(cè)過(guò)氧化氫的研究.pdf

1、合成染料廣泛應(yīng)用于紡織印染、造紙、食品和化妝品等行業(yè)中,其產(chǎn)生的大量染料廢水對(duì)自然環(huán)境和生態(tài)平衡產(chǎn)生巨大的威脅,水生生物和人體會(huì)受到其很強(qiáng)的毒害作用。隨著染料廢水污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重,染料廢水的排放前處理迫在眉睫。染料廢水具有高COD、色度大、組成成分復(fù)雜、難降解物質(zhì)多等特點(diǎn),是降解過(guò)程中的難題。高級(jí)氧化技術(shù)(AOPs)具有處理效率高、能降解許多結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、難生物降解污染物的優(yōu)勢(shì),是目前處理染料廢水最有效的方法之一。故本文中采用AOPs處理

2、染料廢水。但是高級(jí)氧化法處理染料廢水需使用過(guò)量的H2O2氧化劑,殘留的H2O2濃度一般是原染料濃度的幾十倍甚至幾百倍。大量殘留的H2O2會(huì)繼續(xù)污染水資源、破壞生態(tài)系統(tǒng)。因此建立對(duì)H2O2優(yōu)良的檢測(cè)手段,可有效避免染料廢水在處理過(guò)程中H2O2濃度超標(biāo),指導(dǎo)高級(jí)氧化法處理過(guò)程中添加H2O2的量,提高H2O2的利用率。
　　 金屬酞菁是一個(gè)具有18個(gè)π電子的大π體系,其上電子云密度分布均勻,分子中的四個(gè)苯環(huán)很少變形,化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,是一

3、種典型的催化劑,在催化氧化有機(jī)物和電化學(xué)傳感器等領(lǐng)域已有廣泛研究。本文將鈷酞菁負(fù)載至錦綸纖維上,得到錦綸纖維負(fù)載鈷酞菁(F-CoTDTAPc)催化纖維,在H2O2作用下形成F-CoTDTAPc/H2O2體系,用其催化降解多種染料。其次本文還用鈷酞菁修飾石墨電極,制得酞菁修飾電極(GE-poly-CoTAPc),結(jié)合電化學(xué)檢測(cè)法具有速度快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),用其檢測(cè)H2O2的濃度。具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　 1.論文考察了F-C

4、oTDTAPc/H2O2體系對(duì)染料酸性紅G(AR1)的催化降解效果。結(jié)果表明:反應(yīng)240min后,F-CoTDTAPc/H2O2體系對(duì)AR1的去除率達(dá)91.7％,而僅F-CoTDTAPc纖維的吸附去除率僅為63％,表明鈷酞菁對(duì)AR1具有較強(qiáng)的催化降解作用。此外,論文考察了催化纖維用量、H2O2用量、溶液pH、反應(yīng)溫度、外加無(wú)機(jī)鹽對(duì)F-CoTDTAPc/H2O2體系催化降解AR1效果的影響。結(jié)果表明:當(dāng)采用4g/L催化纖維、pH為2、H2

5、O2的用量為染料濃度的100倍時(shí)染料的去除率達(dá)90％以上,催化效果最佳。F-CoTDTAPc/H2O2體系在堿性條件下也有催化活性。外加NaCl、乙醇、異丙醇都會(huì)抑制F-CoTDTAPc/H2O2體系對(duì)AR1的催化氧化。
　　 2.本文還考察了F-CoTDTAPc/H2O2體系對(duì)弱酸性黑BR和直接桃紅5B的催化降解效果,結(jié)果表明,在F-CoTDTAPc/H2O2體系中反應(yīng)120min后,弱酸性黑BR的去除率達(dá)到92.62％;在F

6、-CoTDTAPc/H2O2體系中反應(yīng)180min后,直接桃紅5B的去除率僅為65.49％。論文還進(jìn)一步利用UPLC、GC/MS測(cè)試方法對(duì)AR1的降解產(chǎn)物進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)有苯甲酸、鄰苯二甲酸、乳酸、乙二酸、丙二酸等小分子物質(zhì)生成。因此,根據(jù)降解產(chǎn)物推斷AR1的降解歷程如下:首先在F-CoTDTAPc/H2O2體系的作用下,AR1分子中的偶氮鍵發(fā)生斷裂生成苯胺和萘環(huán)衍生物;其次萘環(huán)化合物被氧化開環(huán),生成苯甲酸、鄰苯二甲酸等;最后苯的衍生物氧

7、化降解成可生物降解的乳酸、乙二酸、丙二酸、順丁烯二酸、丙烯酸等。
　　 3.采用電沉積法將鈷酞菁修飾于石墨電極的表面得到GE-poly-CoTAPc修飾電極,用該電極對(duì)不同濃度H2O2溶液進(jìn)行循環(huán)伏安和計(jì)時(shí)安培分析,結(jié)果表明,H2O2在GE-poly-CoTAPc電極上比在裸GE電極上的峰電壓Ep明顯負(fù)移了0.12V,峰電流Ip增加了150.5μA,GE-poly-CoTAPc電極可用作過(guò)氧化氫的響應(yīng)電極。工作電壓為1V時(shí),計(jì)時(shí)

8、安培法分析得出Ip與H2O2的濃度在19.48μM～194.8μM濃度范圍內(nèi)呈線性關(guān)系,檢測(cè)限為4.72μM。論文還進(jìn)一步探討了制備GE-poly-CoTAPc修飾電極時(shí)的最佳沉積工藝條件,結(jié)果表明當(dāng)掃描速度50mV/s、掃描圈數(shù)為65圈時(shí)制備的GE-poly-CoTAPc電極催化活性最佳,電極的檢測(cè)限為4.72μM。以同一支GE-poly-CoTAPc修飾電極在H2O2溶液中平行20次計(jì)時(shí)安培分析來(lái)考察GE-poly-CoTAPc的穩(wěn)