苯并噻吩类化合物的增溶与均相日光催化降解机制研究

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本论文主要以苯并噻吩类模型化合物二苯并噻吩(DBT)和4-甲基二苯并噻吩(4-MDBT)作为研究对象,研究不同表面活性剂对它们的增溶作用以及它们在日光/双氧水/Mn<2+>体系中的降解行为。论文主要包括以下三个方面的工作。 1、不同增溶剂对DBT与4-MDBT增溶作用的比较研究 选取不同类型的增溶剂对DBT及4-MDBT进行增溶比较研究,分别为阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(LAS),非离子表面活性剂Tween20(TW20)和Triton X100(TX100),以及羟丙基-β-环糊精(HPCD)。研究发现所有增溶剂对DBT和4-MDBT均有不同程度的增溶作用,增溶剂浓度大于临界胶束浓度(critical micelle concentration,CMC)时增溶效果尤为明显。TW20因其具有大量的氢键给体,所以对DBT和4-MDBT的增溶效果均十分显著;DBT苯环上的负电荷区域大于4-MDBT苯环上的负电荷区域,因而CTAB对DBT的增溶效果远好于其对4-MDBT的增溶效果。此外,向非离子表面活性剂中加入少量阳离子表面活性剂或阴离子表面活性剂对DBT增溶效果无显著影响。 2、日光/H<,2>O<,2>/Mn<2+>/50%甲醇均相体系中DBT降解的影响因素 分析不同环境因素如双氧水浓度,Mn<2+>浓度,甲醇投加比例,被降解物初始浓度,光强,光源紫外光部分,pH值等对DBT均相光催化降解的影响。研究发现,双氧水和Mn<2+>共同存在下对DBT有显著的光催化降解作用;温度和磁子搅拌对降解作用没有显著影响:光强对降解有明显的正效应;Mn<2+>在中性条件下的催化降解能力与Fe<2+>在酸性条件下催化降解能力持平;甲醇比例的提高不利于降解反应的进行。 3、日光/H<,2>O<,2>Mn<2+>/50%甲醇体系DBT类物质降解机制研究与量子化学模拟 用高效液相色谱(HPLC),气/质联用(GC-MS)及电子自旋共振(ESR)等方法对中间产物及可能存在的活性氧自由基进行分析。研究发现,DBT降解主要源于体系中产生的羟基自由基对其的氧化作用,其产物有DBT-亚砜、DBT-砜、羟基DBT、联苯等;而羟基自由基来源于Mn<2+>在光激发下对H<,2>O<,2>的分解反应;羟基自由基与甲醇发生夺氢反应生成·CH<,2>OH,因而体系中的甲醇不利于催化降解过程;过高的双氧水浓度和Mn<2+>浓度均可造成羟基自由基的损耗,不利于DBT催化降解。采用ChemOffice 2002中MOPAC模块的AM1方法,计算分析日光/H<,2>O<,2>/Mn<2+>体系产生的羟基自由基对DBT芳香碳与硫原子的氧化作用,提出了2种可能的DBT催化反应历程,即羟基自由基与DBT的羟基化反应和硫原子3s电子被羟基自由基夺取的降解途径,研究结果与实验吻合较好。
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