铜基MOF(Cu-BTC)对木质素及腐植酸光催化降解机理的比较研究

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:csutouyang
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自然界中,动植物遗骸经微生物降解后可产生高聚态复杂有机化合物腐植酸(Humic acid,HA),HA的存在可造成水体颜色污染、影响重金属的迁移转化过程,并在饮用水消毒过程中生成可致癌的消毒副产物,严重威胁人体健康。基于HA中类木质素组分含量较高的这一特性,本文以水热合成法制备铜基MOF材料(Cu-BTC)为光催化剂,比较研究了相同光催化降解条件下,木质素与HA的光降解效果差异,并通过动力学拟合,自由基贡献率计算及可生化性分析等手段对产生差异的机理进行了研究。结果表明:各剂量光反应组别中,木质素与HA溶液中的p H值和TPC(Total phenol content,TPC)都与光反应时间呈反比,其中p H最大变化量分别为1.02和1.97,TPC最大k值(表观降解速率常数)分别为35 mg组别的1.0×10-5和0 mg组别的3.8×10-5,且木质素各剂量组别的k值都要低于HA。该结果表明木质素在材料光催化过程中消耗氢氧根及酚羟基结构的速率要低于HA,材料增加对木质素和HA的TPC作用效果也不同,分别为促进和抑制下降;而木质素和HA的矿化率与材料剂量同样呈负相关关系,最大值都在0 mg组别,分别为98.57%和88.60%,且木质素添加材料组别的矿化率都要高于HA。这说明Cu-BTC材料可通过TPC的降解提高木质素降解产物中有机物比例,而较难提高HA的有机物比例;同时,木质素与HA光反应前后荧光强度及HIX(Humification index,HIX)的差异表明Cu-BTC可通过荧光结构的解聚来降低木质素的腐植化程度,以及荧光结构的生成来提高HA的腐植化程度;此外,木质素和HA分子量的变化与荧光强度相关,即木质素分子量的降低可能是由于荧光结构的解聚,但分子量的增加并不影响其荧光强度的减弱,而HA变化与之相反。上述木质素与HA降解结果的差异可能是由于木质素的结构相对均一,材料的自由基作用能够直接解聚木质素成有机小分子。而HA的组分复杂,含有单宁等抗氧化组分,使得材料的催化作用受到抑制。最后,木质素各剂量组别的自由基贡献率随材料剂量的增加而增加,最大值为35 mg的30.00%,而HA只在10 mg和20 mg组别分别存在7.14%和8.84%的贡献率。这说明Cu-BTC材料自由基催化作用对木质素的贡献作用更大,而对HA的作用有限。此外,Cu-BTC材料可有效提高木质素的可生化性,在20 mg组别存在最优可生化性变化率60.48%,但对HA的可生化性影响并不显著。
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