金屬離子與染料分子相互作用對染料分子催化降解的影響.pdf

1、本文中選取三種偶氮類染料分子：酸性鉻深藍(ACDB)、酸性鉻藍K(ACBK)和維多利亞紫(VV)為研究對象，研究了Cu2+和Fe3+對其在UV—TiO2體系和類“Fenton”體系中催化降解的影響。通過比較三種染料分子的結(jié)構(gòu)，歸納了染料分子與Cu2+和Fe3+可能的作用位點和作用形式，并探討了這種相互作用對染料分子催化降解的影響。進一步比較染料分子降解前后紅外光譜的變化，研究了偶氮類染料分子氧化降解的主要作用位點和降解機制。 論

2、文研究了金屬離子Cu2+和Fe3+對染料分子結(jié)晶紫(CV)和維多利亞紫(VV)在UV—TiO2體系中催化降解的影響。實驗結(jié)果表明：在UV—TiO2體系中，兩種染料分子吸光度隨著光照時間的延長迅速降低。染料分子在活性氧的作用下快速降解，其光解過程符合典型的Pesudo—first—order過程，遵守Langmuir—Hinshelwood定律。Cu2+和Fe3+的加入不影響兩種染料分子的催化降解。由于催化劑表面帶正電荷，Cu2+和Fe3

3、+在催化劑表面吸附較少，Cu2+和Fe3+對于光生電子(e—)和光生空穴(h+)的產(chǎn)生和復(fù)合影響較小，不會影響活性氧的產(chǎn)生。Cu2+和Fe3+對催化劑表面電荷情況不會產(chǎn)生明顯的影響，因此Cu2+和Fe3+的加入對染料分子在催化劑表面吸附影響較小。 論文進一步研究了Cu2+對偶氮染料分子ACDB和ACBK在UV—TiO2體系中催化降解的影響。研究表明：隨著光照時間的延長，ACDB和ACBK迅速發(fā)生催化降解，但是降解速率隨著Cu2+

4、的加入而減慢。Cu2+對體系脫色率具有明顯的抑制作用，抑制作用隨著Cu2+的濃度的增大而更加明顯。Cu2+在催化劑表面吸附較小，對催化劑表面電荷性質(zhì)影響較小，對染料分子在催化劑表面吸附影響較小。降解過程中Cu2+濃度不發(fā)生變化。 光譜修正法研究表明ACDB與Cu2+之間發(fā)生相互作用，形成新的復(fù)合物Cu(ACDB)2。ACDB的反應(yīng)效率η(％)與體系脫色率D(％)之間具有很好的相關(guān)性。Cu(ACDB)2具有相對比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，難以

5、被UV—TiO2體系和類“Fenton”體系中的活性氧氧化降解，體系優(yōu)先降解未反應(yīng)的ACDB。在類“Fenton”體系中，當Cu2+濃度較大時，體系中復(fù)合物Cu(ACDB)2發(fā)生一定程度的解離，脫色率與反應(yīng)時間之間具有良好的線性關(guān)系。當Cu2+濃度較小時，開始階段未反應(yīng)的ACDB被迅速氧化降解，反應(yīng)一段時間，體系中主要是復(fù)合物Cu(ACDB)2，此時開始脫色率與反應(yīng)時間之間具有良好的線性關(guān)系。有Cu2+加入時，在UV-TiO2體系類“F

6、enton”體系中，最后所剩的物質(zhì)都是復(fù)合物Cu(ACDB)2。 進一步利用光譜修正法研究ACBK與Cu2+之間相互作用。實驗結(jié)果表明：ACBK與Cu2+發(fā)生相互作用形成新的復(fù)合物Cu(ACBK)2。ACBK的η(％)與體系脫色率D(％)之間具有很好的相關(guān)性。Cu(ACBK)2具有相對比較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，難以被UV-TiO2體系和“H2O2”體系氧化降解。在“H2O2”體系中，當Cu2+濃度較大時，體系中的復(fù)合物Cu(ACBK)2發(fā)

7、生一定程度的解離，脫色率主要由解離速度控制，脫色率與反應(yīng)時間之間具有良好的線性關(guān)系。當Cu2+濃度較小時，開始階段溶液中未反應(yīng)的ACBK被迅速氧化降解，反應(yīng)一段時間以后，溶液中所剩物質(zhì)主要是復(fù)合物Cu(ACBK)2，此時開始脫色率與反應(yīng)時間之間具有良好的線性關(guān)系。有Cu2+加入時，在UV-TiO2體系和“H2O2”體系中，體系最后所剩的物質(zhì)都是復(fù)合物Cu(ACBK)2。ACBK中另外一個“-SO3H”集團的引入使得ACBK更容易被降解。

8、 利用光譜修正法進一步研究表明ACBK與Fe3+之間形成2：1的復(fù)合物Fe(ACBK)2。該復(fù)合物的形成依然不利于ACBK的降解。但是Fe3+對復(fù)合物Cu(ACBK)2不產(chǎn)生影響。當體系中有Cu2+存在時，體系最終所剩的物質(zhì)仍然是Cu(ACBK)2。 通過比較三種染料分子ACDB、ACBK和VV降解前后的紅外光譜可以看出，三種染料分子中的“-N=N-”是染料分子發(fā)生催化降解的主要作用位點，偶氮染料分子的脫色反應(yīng)主要是通過