不同含羧酸纤维与铁离子的配位反应动力学及配合物的催化降解性能

分别使用具有相似羧基含量的海藻纤维、 丙烯酸接枝改性聚四氟乙烯纤维和聚丙烯纤维(PAA-g-PP 和PAA-g-PTFE)3种含羧酸纤维与Fe³⁺进行配位反应, 研究和比较了反应的动力学特性及影响因素. 将3种含羧酸纤维铁配合物分别作为非均相Fenton反应催化剂应用于染料降解反应中, 分析和评价了其配位结构和表面性能对催化活性的影响. 结果表明, 在所涉及的温度和浓度范围内, 3种含羧酸纤维与Fe³⁺的反应均很好地符合Langmuir等温吸附模型和Lagergren准二级动力学方程. Fe³⁺初始浓度的增加会降低反应速率常数, 而反应温度的升高则会增加配合物中Fe³⁺的配合量. 在相同反应条件下, 海藻纤维比PAA-g-PP和PAA-g-PTFE更容易与Fe³⁺发生反应, 且反应速率常数和Fe³⁺配合量按照下列顺序排列: 海藻纤维>PAA-g-PP>PAA-g-PTFE. 3种含羧酸纤维铁配合物都能够在染料氧化降解反应中作为非均相Fenton催化剂, 且紫外光比可见光更能够提高其催化活性. 海藻纤维铁配合物比其它2种含羧酸纤维铁配合物具有更好的催化作用, 这与三者在配位结构和表面性能之间的显著差异有关.     

改性PAN纤维与铁离子的配位结构及其对染料降解的催化作用

在室温条件下应用偕胺肟改性聚丙烯腈纤维(AO-PAN)与FeCl3反应制备了聚丙烯腈纤维铁配合物(Fe-AO-PAN), 并分别使用X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶红外光谱(FTIR)、动态热机械分析(DTMA)和电导法对Fe-AO-PAN进行了表征以确定其组成结构. 然后将Fe-AO-PAN作为非均相Fenton 催化剂应用于两种常用偶氮染料C.I.活性红195(RR 195)和C.I.酸性黑234(AB 234)的光催化氧化降解反应中, 考察了其对降解反应的催化作用. 结果表明, Fe-AO-PAN中的Fe3+能够与AO-PAN表面三个偕胺肟(AO)链节单元的三个氨基氮原子和三个羟基氧原子进行配位反应, 配位数为6. 在Fe-AO-PAN和辐射光存在下, 两种染料的氧化降解反应速度显著加快, 染料结构中的偶氮键和芳香环结构都遭到破坏. PAN纤维腈基转化率的提高不仅能够明显增加Fe-AOPAN表面结构中Fe3+含量, 而且可显著促进其对染料氧化降解反应的催化作用.     

不同直径改性PAN纳米纤维膜与Fe3+的配位反应及其配合物对有机染料降解的催化性能

使用静电纺丝技术和偕胺肟反应制备了三种不同直径的改性聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,然后将它们作为配体分别与Fe3+进行配位反应制备改性PAN纳米纤维膜铁配合物,重点研究了三种改性PAN纳米纤维膜与Fe3+配位反应的动力学特性及其温度和Fe3+初始浓度的影响.最后将其作为非均相Fenton反应催化剂应用于染料降解反应中,考察了改性PAN纳米纤维膜直径对其催化活性的影响.结果表明,在所涉及的温度和浓度范围内,改性PAN纳米纤维膜与Fe3+之间配位反应不仅符合Langmuir和Freundlich吸附等温式,而且可理想地使用Lagergren准二级动力学方程进行描述,反应速率常数随着Fe3+初始浓度的增加而逐渐降低.在相同反应条件下,较小直径的纤维膜更容易与Fe3+发生配位反应,且反应速率常数和Fe3+配合量均随着纤维直径的降低而增大.不同直径改性PAN纳米纤维膜铁配合物在暗态条件下对染料的氧化降解反应表现出很好的催化活性,且在辐射光下其催化活性得到加强.改性PAN纳米纤维膜铁配合物的催化作用受到纤维直径的显著影响,由中等直径纳米纤维构成的配合物表现出最高的催化活性.     

混合改性PAN纳米纤维铁配合物的吸附-催化双功能在有机染料去除中的应用

将静电纺丝法制备的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜用不同比例的盐酸羟胺和水合肼混合溶液改性,再与Fe3+离子进行配位反应,制备了5种不同表面结构的改性PAN纳米纤维铁配合物;考察了水合肼加入量对纤维铁配合物的制备及对偶氮染料活性红195去除能力的影响.结果表明,随着水合肼加入量的增大,改性PAN纳米纤维的直径减小且其铁配合物表面的铁离子配合量降低;3种混合改性PAN纳米纤维铁配合物均对活性红195具有优良的吸附和光催化降解功能,可通过2种功能之间的协同效应实现快速去除水溶液中染料分子的目的.     

改性PTFE纤维金属配合物的制备及其光催化降解性能

使用聚丙烯酸接枝改性聚四氟乙烯(PAA-g-PTFE)纤维分别与Fe³⁺及其与Cu²⁺的混合物反应制备改性PTFE纤维铁和铁铜双金属配合物, 并分别使用傅里变换叶红外(FTIR)光谱和紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱(DRS)对两种配合物的化学结构和光吸收性能进行表征. 然后将两种配合物分别作为非均相光Fenton 反应催化剂应用于典型偶氮染料活性蓝222氧化降解反应中, 考察和比较了二者在不同pH介质中对降解反应的催化作用. 结果表明, 在有或无Cu²⁺的存在条件下, 一个Fe³⁺能够与三个PAA-g-PTFE表面的6个羧基发生反应形成配合物, 并且它们在紫外和可见光区表现出好的光吸收特性. 当两种金属离子共存时Cu²⁺比Fe³⁺更容易与PAA-g-PTFE发生配位反应形成铁铜双金属配合物. 在可见光辐射下PAA-g-PTFE铁配合物对不同pH水溶液中染料降解反应均表现出显著的催化作用, 但是溶液pH的升高不利于配合物催化活性的发挥. 而配合物中铁离子含量提高特别是引入Cu²⁺作为助金属离子能够较大幅度地改善其在高pH范围内的催化活性和重复利用性.     

不同结构二元羧酸改性棉纤维铁配合物的制备和光催化性能

分别使用3种不同结构的二元羧酸[酒石酸(TA)、 苹果酸(MA)和丁二酸(SA)]对棉纤维改性引入羧基并与Fe ³⁺离子反应制备羧酸改性棉纤维铁配合物, 考察了二元羧酸结构和浓度对改性棉纤维的羧基含量(Q_COOH)及其铁配合物的铁配合量(Q_Fe)的影响. 研究了3种羧酸改性棉纤维铁配合物作为有机染料氧化降解反应和Cr(Ⅵ)还原反应光催化剂的性能. 结果表明, 改性棉纤维的Q_COOH值随羧酸浓度的增加而增加. 不含羟基的SA比2种羟基羧酸TA和MA能给棉纤维引入更多羧基, 而2种羟基羧酸改性棉纤维铁配合物则具有更高的Q_Fe值. 3种羧酸改性棉纤维铁配合物对染料氧化降解反应和Cr(Ⅵ)还原反应都表现出显著的光催化作用, 且随其Q_Fe和辐射光强度的提高而增强. TA改性棉纤维铁配合物比其它2种配合物具有更高的光催化活性. 3种配合物不但能将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)离子, 而且还能将其部分吸附去除, MA改性棉纤维铁配合物具有较高的铬离子去除效率.     

Fe-K/AC催化氧化脱硫剂制备及反应机理研究

采用正交实验法制备了负载铁、钾的活性炭(Fe-K/AC)热煤气催化氧化脱硫剂,考察了活性组分铁、钾含量、二价铁和三价铁比例、煅烧温度对催化氧化脱硫反应活性的影响。由正交实验极差分析可知,各因素影响程度依次为:钾含量>铁含量>煅烧温度> Fe²⁺/Fe³⁺,最优制备条件为,铁含量0.5%、钾含量5.0%、煅烧温度600 ℃、Fe²⁺/Fe³⁺比0.5。通过对脱硫剂的孔隙结构和表面形貌分析可知,活性炭表面负载的铁金属氧化物具有催化氧化硫化氢生成单质硫的活性,碱金属氧化物具有协同作用,可以改变表面酸碱性,促进硫化氢的催化转化,但过高的金属氧化物负载量会阻塞孔道,减小反应比表面积,从而降低脱硫剂的反应活性。     

酞菁铁中N4-Fe2+的氧化还原化学和氧还原性能

准确理解金属大环配合物(如N4-Fe²⁺)体系的氧化还原化学性能,对氧还原反应(ORR)电催化剂的基础研究和合理设计具有重要意义.本文采用微波法将三种不同酞菁铁类金属大环配合物吸附在碳纳米管上,分别记为(NH2)4FePc@CNTs,(t-Bu)4FePc@CNTs和FePc@CNTs,考察了取代基对Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原电位的影响,以及碱性介质中的氧还原反应催化活性.结果表明,FePc@CNTs,(t-Bu)4FePc@CNTs和(NH2)4FePc@CNTs的ORR起始电位分别为0.98,0.96和0.96 V,而半波电位(E1/2)由高到低的顺序为FePc@CNTs(E1/2=0.91 V),(t-Bu)4FePc@CNTs(E1/2=0.87 V),(NH2)4FePc@CNTs(E1/2=0.83 V).与20%Pt/C(E1/2=0.85 V)相比,FePc@CNTsFePc@CNTs具有优异的ORR性能.在活性、稳定性和耐甲醇性方面,FePc@CNTs复合材料比其他复合材料表现出更高的ORR性能.研究发现,FePc上的供电子基团可以显著改变N4-Fe²⁺活性位点的电子云密度,增加dz 2轨道(HOMO)的能量,并观察到Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原电位显著向阴极方向移动.结果表明,取代基的高电子贡献能力降低了HOMO和LUMO(O2的杂轨道*-轨道)之间的电子耦合,从而降低了氧还原催化活性.因此,FePc框架外围的供电子基团对ORR不利.本文阐明了取代基电子效应-金属大环配合物氧化还原电位与ORR催化性能之间的关系,为ORR催化剂活性中心的构建和调控提供了借鉴.     

亚铁离子氧化性实验的改进*

针对教材中验证Fe²⁺氧化性实验现象不明显的问题,改进了Fe²⁺氧化性实验。把锌片剪成细小的锌丝,通过锌丝与亚铁盐溶液反应,反应一段时间后,用磁铁吸引锌丝,锌丝能被磁铁吸引,则证明Fe²⁺被还原为铁单质,体现了Fe²⁺的氧化性。     

球磨微米硫化零价铁活化双氧水降解有机污染物的研究

报道了机械球磨方法制备的微米硫化零价铁（S-ZVI）可以快速活化H₂O₂降解各类有机污染物.S-ZVI/H₂O₂降解苯酚的单位比表面积反应速率常数是ZVI/H₂O₂的5倍以上,且苯酚的降解不存在初始抑制阶段.探针化合物乙醇的淬灭反应结合电子顺磁共振（EPR）实验证明S-ZVI/H₂O₂体系产生的氧化活性物质为·OH.反应前后S-ZVI颗粒的扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征结合电化学测试和苯酚降解结果表明S-ZVI中FeS取代ZVI表面的钝化膜（铁氧化物）,加速了电子从Fe⁰传递到H₂O₂,更快地释放Fe²⁺,引发Fenton反应.在这过程中FeS主要作为电子的导体而非Fe²⁺的释放源.     

Thermal characterization and electrical properties of Fe-modified cellulose long fibers and micro crystalline cellulose

Thermal properties of polylactic acid (PLA) filled with Fe-modified cellulose long fibers (CLF) and microcrystalline cellulose (MCC) were studied using thermo gravimetric analysis (TG), differential scanning calorimetry, and dynamic mechanical analysis (DMA). The Fe-modified CLFs and MCCs were compared with unmodified samples to study the effect of modification with Fe on electrical conductivity. Results from TG showed that the degradation temperature was higher for all composites when compared to the pure PLA and that the PLA composites filled with unmodified celluloses resulted in the best thermal stability. No comparable difference was found in glass transition temperature (T _g) and melting temperature (T _m) between pure PLA and Fe-modified and unmodified CLF- and MCC-based PLA biocomposites. DMA results showed that the storage modulus in glassy state was increased for the biocomposites when compared to pure PLA. The results obtained from a femtostat showed that electrical conductivity of Fe-modified CLF and MCC samples were higher than that of unmodified samples, thus indicating that the prepared biocomposites have potential uses where conductive biopolymers are needed. These modified fibers can also be tailored for fiber orientation in a matrix when subjected to a magnetic field.     

偕胺肟合铁（III）纤维对还原棕BR染料的吸附

以部分偕胺肟化的聚丙烯腈纤维与铁离子反应,形成偕胺肟合铁（III）吸附纤维,以此为吸附材料,吸附水溶液中的还原棕染料。研究吸附的工艺条件、吸附规律及吸附反应动力学,结果显示：最佳吸附工艺条件：pH值11.5-12.5、温度600 ℃和吸附时间60 min。偕胺肟合铁（III）纤维对还原棕的吸附符合Langmiure方程和Freundlich等温吸附经验式。由不同的初始浓度下吸附时间与溶液的浓度的关系,用微分法确定反应的级数和反应速率常数。由不同温度下的速率常数,结合Arrhenius方程得出反应的活化能。偕胺肟合铁（III）纤维对还原棕的吸附符合一级反应动力学特征;其速率方程c=c₀e^-kt,速率常数k=32.01e^-E_a/RT,活化能E_a=11.55 kJ/mol。     

偕胺肟合铁(Ⅲ)纤维对还原棕BR染料的吸附

采用部分偕胺肟化的聚丙烯腈纤维与铁离子反应,形成偕胺肟合铁(Ⅲ)纤维,以此为吸附材料,吸附水溶液中的还原棕染料. 研究了其吸附反应条件、吸附规律及吸附反应动力学. 结果表明,pH值11.5～12.5、温度60 ℃和吸附时间60 min为最佳吸附反应条件. 偕胺肟合铁(Ⅲ)纤维对还原棕的吸附反应符合Langmuir方程和Freundlich等温吸附经验式. 采用不同初始浓度研究吸附时间与溶液浓度的关系,用微分法确定了反应级数和反应速率常数. 由不同温度下的速率常数,并结合Arrhenius方程求出了反应的活化能. 结果表明,偕胺肟合铁(Ⅲ)纤维对还原棕的吸附符合一级反应动力学特征,速率方程c=c_0e~(-kt),速率常数k=32.01e~(-E_a/RT),活化能E_a=11.55 kJ/mol.     

Fe3+掺杂TiO2光催化纤维材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了一系列Fe3+掺杂的、具有中空纤维结构的TiO2光催化材料(Fe3+/TiO2), 利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、zeta电位、红外光谱(IR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等技术对其形貌、晶体结构及表面结构、光吸收特性等进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应, 考察了不同Fe3+掺杂量的样品在太阳光下的光催化性能. 结果表明, 用模板法制备的Fe3+/TiO2中空纤维结构材料表面存在大量纳米微粒(平均尺寸约12 nm); Fe3+可能均匀分散于锐钛矿结构的TiO2中, 部分取代Ti4+的晶格位置, 既拓宽了TiO2的光谱响应范围, 又形成了TiO2晶体结构的缺陷, 使其表面带负电荷. 在太阳光条件下, 该纤维结构材料较纯TiO2对MB溶液具有更好的光催化脱色降解效果, 且Fe3+的掺入量显著影响该纤维材料的催化性能; 当Fe3+掺杂量为0.15%(w), 在500 ℃焙烧2 h所得中空纤维材料的催化性能最好, 2 h即可使MB溶液的脱色降解率达93%; 重复使用5次仍可使MB溶液的脱色降解率保持在90%以上, 且该催化剂材料易于离心分离去除. 因此, 以该模板合成法, 通过Fe3+的掺杂有望使TiO2成为一种低或无能耗、高活性的绿色环保型催化材料.     

铜(Ⅱ)络合纤维的配位结构与抗菌性

用蚕丝、粘胶纤维素、聚乙烯醇纤维在铜氨溶液中的多相配位取代反应制备了铜（Ⅱ）络合纤维．用电子自旋共振（ＥＳＲ）波谱等研究了铜（Ⅱ）络合纤维的配位结构．对金黄色葡萄球菌的抗菌实验表明：铜（Ⅱ）络合纤维的配位结构越不稳定抗菌性越强，但耐洗性将会下降．在此基础上设计了配位结构稳定性适中的柠檬酸修饰纤维素铜（Ⅱ）络合纤维