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为制备兼具优良催化活性和机械性能的非均相Fenton反应催化剂,本文首先使用预加张力焙烘技术对聚丙烯腈(PAN)纤维进行改性制备了同时具有高腈基转化率和断裂强力的偕胺肟改性PAN纤维(AO-PAN),在优化预加张力的基咄上将其与常规湿法制备的AO-PAN的腈基转化率和机械性能进行了比较,重点考察了预加张力对AO-PAN断裂强力的影响,并使用X射线衍射图谱(XRD)和傅里叶红外光谱(FT-IR)等对预加张力后得到的AO-PAN的结构进行了分析。同时在使用铁盐与AO-PAN反应制Fenton反应催化剂时,采用硫酸铁(Fe2(SO4)3)代替常用的氯化铁(FeCl3),重点研究了铁盐浓度和反应温度对催化剂中Fe3+配合量和催化活性的影响,并通过配位数的测定和X射线光电子能谱(XPS)、FT-IR等方法对催化剂的化学结构进行了深入分析,然后将催化剂应用于偶氮染料的氧化降解反应中,比较了使用两种铁盐制备催化剂的活性,并对其存在时染料降解反应机理进行了初步研究。
结果表明,预加张力焙烘技术能够解决PAN纤维腈基转化率增加而产生的断裂强力严重损伤问题,特别是当转化率达到较高水平时作用越加明显,施加的预加张力值为3-5N时改善效果最为显著,在此条件下当转化率达到80%-90%时其强力仍可以保持在80%以上。而且当其与Fe3+反应制备催化剂时AO-PAN由预加张力焙烘法所获得的较高断裂强力得以保留,能够使配合物同时获得较高水平的Fe3+配合量和断裂强力。使用预加张力焙烘法制备的AO-PAN铁配合物的催化活性好于常规湿法制备的AO-PAN铁配合物的催化活性,这为高性能催化剂的制备创造了必要条件。使用Fe2(SO4)3代替FeCl3能够在不提高Fe3+配合量的条件下显著提高其催化活性。在相同条件下使用Fe2(SO4)3与AO-PAN发生配位反应时,所得到的AO-PAN铁配合物的Fe3+配合量低于使用FeCl3时的Fe3+配合量,并且铁盐初始浓度的增加和配位反应温度的升高都能增加它们Fe3+配合量的差距。进一步研究证明,AO-PAN与Fe2(SO4)3所形成配合物配位数略低于与FeCl3形成配合物的配位数,FT-IR和XPS分析说明,当AO-PAN与Fe2(SO4)3反应时SO42-可能也进入了配合物结构中。更重要的是,使用Fe2(SO4)3代替FeCl3制备的催化剂不仅能够显著催化染料分子的脱色反应,而且也能够催化其芳香环结构的分解和矿化反应,而且对反应体系中的无机盐和表面活性剂的耐受性也有所改善。这与其对染料吸附能力的变化和H2O2分解能力的改善有关。