纳米SiO2负载聚吡咯和纳米SiO2负载铜掺杂聚吡咯材料的制备及其氧化对苯二酚的研究

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酚类化合物主要来源于纺织业等工业废水的排放,它不但会污染环境,还会影响人类的身体健康,具有致癌、致畸、致突变,影响生物的遗传功能的危害。目前,主要用物理法、生化法和化学法来处理含酚废水。化学法中的催化氧化法具有降解快速、去除率高、氧化能力强、操作简单、工艺较成熟等优势,相较于物理法和生化法,化学法应用范围较广。Fenton试剂氧化法因简单、降解能力强等特点而被广泛应用,但是铁离子易流失,造成二次污染,而且重复利用率不高。聚吡咯(PPy)是一种共轭的、导电的高分子功能材料,合成方法简单,具有高电导率、高稳定性、无毒、可逆的氧化还原性等优点。但聚吡咯密度小,不溶于水且难溶于一般的有机溶剂,机械性能差,这极大地限制了它的加工及应用。为了发挥聚吡咯的特殊性质,同时克服它的缺点,我们采用化学氧化法制备聚吡咯,并将其负载在生物相容性好的纳米二氧化硅(nSiO2)上,制备聚吡咯/纳米Si02和铜掺杂聚吡咯/纳米Si02复合材料,并将其应用于对苯二酚(HQ)的氧化降解。主要研究内容如下:(1)简单介绍了酚类化合物及其危害;详细介绍了目前含酚废水的处理方法及其优势和局限性,主要包括物理法、生化法和化学法等,以及聚吡咯的合成方法及研究进展,并阐述了本文的选题意义和研究内容。(2)采用化学氧化法制备纳米Si02负载聚毗咯(PPy/nSiO2)材料,通过SEM、FT-IR、XRD及XPS等手段对PPy/nSiO2进行表征,并将PPy/nSiO2应用于对苯二酚(HQ)的氧化降解实验。结果表明,PPy负载于大部分nSi02表面并均匀地分散在nSiO2中,克服了PPy密度小易悬浮液面,不能与反应物完全接触的缺陷,且增大了PPy的比表面,提高了PPy与HQ的反应活性;PPy/nSiO2对HQ的可能降解机理是PPy/nSiO2中聚吡咯的活性中间体(HPPy)作为与HQ反应,起了氧化剂和催化剂的双重作用。反应时间120min内,HQ的降解过程符合表观一级反应动力学。(3)用硝酸铜溶液掺杂PPy/nSiO2得到Cu2+-PPy/nSi02,通过SEM、FT-IR、XRD及XPS对复合材料的形貌及结构进行表征。利用紫外光谱法研究了室温下Cu2+-PPy/nSi02复合材料氧化对苯二酚的性能,探讨了体系酸度、对苯二酚的初始浓度等因素的影响。(4)以过氧化氢为氧化剂,利用紫外光谱法研究了Cu2+-PPy/nSi02复合材料催化氧化对苯二酚的性能,探讨了体系酸度、对苯二酚的初始浓度、过氧化氢浓度、复合材料用量等因素的影响,并对其催化氧化降解机理进行讨论。
摘要第3-5页
Abstract第5-6页
第一章 绪论第10-25页
    1.1 酚类化合物及其危害第10页
    1.2 含酚废水的处理方法第10-19页
        1.2.1 物理处理法第10-12页
            1.2.1.1 吸附法第10-11页
            1.2.1.2 萃取法第11页
            1.2.1.3 膜技术法第11-12页
        1.2.2 生化处理法第12-13页
        1.2.3 化学处理法第13-19页
            1.2.3.1 电化学氧化法第13-15页
                1.2.3.1.1 电催化氧化法第13-14页
                1.2.3.1.2 电-Fenton法第14-15页
                1.2.3.1.3 三维电极与电-Fenton耦合法第15页
            1.2.3.2 光催化氧化法第15-16页
            1.2.3.3 化学药剂氧化法第16-19页
                1.2.3.3.1 氯氧化法第16-17页
                1.2.3.3.2 高锰酸钾氧化法第17页
                1.2.3.3.3 臭氧氧化技术第17-18页
                1.2.3.3.4 Fenton试剂氧化法第18-19页
    1.3 聚吡咯概述第19-23页
        1.3.1 聚吡咯的性质与结构第19页
        1.3.2 聚吡咯的制备方法第19-21页
            1.3.2.1 电化学氧化法第20-21页
            1.3.2.2 化学氧化法第21页
        1.3.3 聚吡咯及其复合材料的研究进展第21-23页
            1.3.3.1 聚吡咯的应用进展第21-22页
            1.3.3.2 聚吡咯复合材料的应用第22-23页
    1.4 选题意义及主要研究内容第23-25页
第二章 纳米SiO_2负载聚吡咯材料的制备及其氧化降解对苯二酚性能研究第25-38页
    2.1 引言第25-26页
    2.2 实验部分第26-27页
        2.2.1 实验试剂第26页
        2.2.2 PPy/nSiO_2材料的制备第26页
        2.2.3 对苯二酚的氧化反应第26页
        2.2.4 对苯二酚氧化过程的HPLC分析第26-27页
        2.2.5 PPy/nSiO_2材料的表征第27页
    2.3 结果与讨论第27-37页
        2.3.1 PPy/nSi_O2材料的表征第27-30页
            2.3.1.1 SEM第27-28页
            2.3.1.2 XRD第28页
            2.3.1.3 FT-IR第28-29页
            2.3.1.4 XPS第29-30页
        2.3.2 PPy/nSiO_2氧化性能评价第30-37页
            2.3.2.1 不同材料对HQ氧化反应的影响第30-31页
            2.3.2.2 HQ氧化反应的动力学研究第31-33页
            2.3.2.3 酸度对氧化反应的影响第33-34页
            2.3.2.4 HQ氧化过程的光谱分析与HPLC分析第34-35页
            2.3.2.5 氧化反应机理探讨第35-37页
    2.4 结论第37-38页
第三章 铜掺杂聚吡咯/nSiO_2复合材料的制备及其降解对苯二酚的研究第38-52页
    3.1 引言第38-39页
    3.2 实验部分第39-40页
        3.2.1 主要仪器和试剂第39页
        3.2.2 PPy/nSiO_2材料的制备第39页
        3.2.3 Cu~(2+)-PPy/nSiO_2的制备第39页
        3.2.4 Cu~(2+)-PPy/nSiO_2材料的表征第39页
        3.2.5 对苯二酚的氧化反应第39-40页
        3.2.6 HQ氧化过程的HPLC分析第40页
    3.3 结果与讨论第40-51页
        3.3.1 Cu~(2+)-PPy/nSiO_2的表征第40-45页
            3.3.1.1 SEM第40-41页
            3.3.1.2 红外分析第41-42页
            3.3.1.3 XRD第42-43页
            3.3.1.4 XPS第43-45页
        3.3.2 Cu~(2+)-PPy/nSiO_2复合材料氧化对苯二酚性能评价第45-51页
            3.3.2.1 不同材料对HQ降解的比较第45页
            3.3.2.2 Cu~(2+)-PPy/nSiO_2对HQ的降解动力学第45-47页
            3.3.2.3 酸度对反应速率的影响第47-48页
            3.3.2.4 HQ降解过程的光谱分析与HPLC分析第48-50页
            3.3.2.5 降解反应机理探讨第50-51页
    3.4 结论第51-52页
第四章 Cu~(2+)-PPy/nSiO_2与H_2O_2协同氧化对苯二酚的研究第52-63页
    4.1 引言第52页
    4.2 实验部分第52-53页
        4.2.1 主要仪器和试剂第52-53页
        4.2.2 PPy/nSiO_2纳米复合材料的制备第53页
        4.2.3 Cu~(2+)-PPy-SiO_2的制备第53页
        4.2.4 对苯二酚的氧化反应第53页
        4.2.5 HQ氧化过程的HPLC分析第53页
    4.3 结果与讨论第53-62页
        4.3.1 Cu~(2+)-PPy-SiO_2复合材料催化氧化对苯二酚性能评价第53-62页
            4.3.1.1 不同材料对HQ降解的比较第53-54页
            4.3.1.2 HQ的降解动力学第54-56页
            4.3.1.3 酸度对HQ降解反应速率的影响第56-57页
            4.3.1.4 H_2O_2浓度对反应速率的影响第57-58页
            4.3.1.5 HQ降解过程的光谱分析与HPLC分析第58-60页
            4.3.1.6 机理探讨第60-62页
    4.4 结论第62-63页
第五章 总结与展望第63-64页
参考文献第64-75页
攻读学位期间取得的研究成果第75-76页
致谢第76-77页
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