聚双阳离子离子液体的制备及其对有机污染物的电催化与吸附研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sam_rao
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本文通过合理设计并合成了不同种类含有烯基可聚合的双咪唑型离子液体(VDILs),并进一步制备了VDILs的聚合物—PVDILs修饰电极和PVDILs复合活性炭纤维(PVDILs-ACF)吸附材料,采用NMR、GPC、SEM、XRD、FT-IR、XPS和BET等表征方法考察了PVDILs、PVDILs修饰电极和PVDIL-ACF复合吸附材料的形貌、结构特征,通过考察修饰电极在苯酚、苯二酚及四氯对苯醌中的电化学行为研究了修饰电极的电化学性能及电催化机理,通过考察PVDIL-ACF复合吸附剂对阴离子型偶氮染料RR24的吸附行为研究了吸附剂的吸附性能及吸附机理。主要包括以下几个方面:(1)通过考察三种含不同烯基数及不同烯基位置的双咪唑型离子液体单体(VDILs)聚合后的分子量及分子结构得知,PVDILs的聚合受烯基位置影响较大,和咪唑环相连的N-乙烯基较难聚合,而位于双咪唑环之间的烯基较易发生聚合,咪唑环相连的烯基由于位于分子结构的末端,形成聚合物后分子结构中仍存在未参与聚合的烯基存在。除此外空间位阻也对聚合有较大影响,导致分子结构烯基数量的增多并没有大幅度地提升聚合度。为设计含烯基功能的离子液体及聚离子液体提供了参考。(2)经含有烯基基团的PVDIL修饰后的玻碳电极—PVDIL/GC电极,对苯酚有着良好的电催化氧化还原响应。苯酚在PVDIL/GC电极上的电催化氧化反应为扩散和吸附混合控制过程,在扫描速度0.01~0.15V/s时,扩散过程控制占主导,在扫描速度0.2~1.0V/s时,吸附过程控制占主导。通过对苯酚在PVDIL/GC电极上的连续循环伏安扫描研究发现,苯酚的氧化反应是一个双电子双质子的不可逆反应,从而推测苯酚在PVDIL/GC电极上的电化学氧化产物主要为对苯二醌。(3)Nafion是一种常用的制备聚合物涂层电极良好的成膜剂,但其导电性能不佳,且对阴离子的扩散有阻碍作用。因此,以含有烯基的PVDIL修饰BDD电极制备的PVDIL/BDD修饰电极,邻苯二酚(CC)和对苯二酚(HQ)在PVDIL/BDD电极上的循环伏安响应结果是降低了氧化峰电位、提高了还原峰电位和还原峰电流,对氧化峰电流的提升并没有太大作用。通过循环伏安法、差分脉冲伏安法和方波伏安法分析了不同电化学扫描方法对不同浓度CC和HQ在PVDIL/BDD电极上的电化学响应的影响得出,CV法氧化峰电位(Epa)最高且峰型较宽,SWV法Epa最低、峰型较窄,且有较高的峰电流响应,因此SWV法是一种比较好的电化学检测有机物浓度的方法。(4)采用电化学聚合可以成功制备了含有烯基PVDIL聚合物修饰BDD电极—EPVDIL/BDD电极,对水中消毒副产物四氯苯醌(TCBQ)有着不一样的电催化氧化行为,TCBQ在EPVDIL/BDD电极上的氧化反应A1为扩散过程控制,还原反应C1及C2均为吸附过程控制。进一步推断出C1反应电子转移数为2,C2处反应为双醌氢醌咪唑π-π型CT的还原反应。通过研究1~100ng/L浓度的TCBQ在EPVDIL/BDD电极上的SWV响应发现,还原峰电流(Ipa)与浓度均有良好的线性关系,因此可以采用电化学SWV法检测水中痕量TCBQ的浓度,并有望用于其他饮用水及泳池水消毒副产物(DPBs)的检测中。(5)采用化学聚合的方法以含有烯基的双咪唑阳离子离子液体为单体通过硅烷偶联剂YDH-171作为交联剂将其修饰在ACF上,成功制备了PVDIL-ACF复合吸附材料。BET的结果显示复合后复合材料的SBET下降,但介孔数量增多,RR24分子难以进入吸附剂的微孔,而容易进入介孔、大孔及吸附在吸附剂表面。P1(20%)-ACF对染料的吸附是自发进行的多分子层、非均匀吸附。
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