金属酞菁多相催化剂的制备及其光催化性能研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jaeiris
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随着工业化和城镇化的快速发展,近年来水环境污染问题越来越突出,特别是难以降解的有机污染物排入水体,对生态环境和人体均造成了严重的影响。采用常规的水处理方法很难将其去除,针对此类废水,金属酞菁类可见光催化剂成为国际上研究的热点,金属酞菁类化合物在可见光区具有很强的吸收,是一种可以进行实际应用的光催化剂。金属酞菁虽然化学稳定性好、性能优良,但是其在水中溶解度较低、易形成二聚体、难以回收,针对这些问题,最简单有效的方法就是将其固载到多孔载体上,制备出多相催化剂。本文首先合成五种六羧基双核金属酞菁,然后将其负载和键合到MCM-41上,制备出负载型和键合型多相催化剂,与H2O2共同构成反应体系,较系统开展了多相酞菁催化剂的制备及其机理研究。本文以苯三酸酐和均苯四甲酸酐为前驱体,采用固相法合成了五种六羧基双核金属酞菁BNHCPcM((M=Fe(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Cu(Ⅱ));将购买的MCM-41分子筛进行煅烧活化,以去除模板剂,然后与3-氨丙基三甲氧基硅烷发生硅烷化反应,得改性的MCM-41-NH2;将五种六羧基双核金属酞菁与MCM-41-NH2进行负载和键合,得到负载型和键合型催化剂。通过元素分析、紫外可见光谱、红外光谱、X-ray粉末衍射、氮气吸附脱附和扫描电镜对其进行了表征分析,成功合成了多相金属酞菁催化剂,保留了均匀的孔道结构和较高的催化活性。在模拟的可见光下催化氧化甲基橙模拟废水,处理效果受催化剂投加量、H2O2浓度、pH及进水浓度等因素的影响。催化剂加入量1.5g/L、H2O2浓度30 mmol/L、pH5及进水浓度60 mg/L时,负载型六羧基双核金属酞菁催化剂对废水的脱色率达到92%;在催化剂加入量1g/L、H2O2浓度30 mmol/L、pH 5及进水浓度60 mg/L时,键合型六羧基双核金属酞菁催化剂对废水的脱色率为96%。在最优化条件下,对负载型和键合型两个系列的催化剂进行活性对比考察,实验结果表明:两个系列的催化剂中酞菁钴的催化活性最高。稳定性能测试发现合成的两种多相金属酞菁催化剂在循环使用四次后保持较高活性,键合型催化剂的稳定性好于负载型。
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