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《河北科技大学》 2010年
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非水溶介体催化强化偶氮染料降解机理及构效关系研究

康丽  
【摘要】:偶氮染料因其固有难生物降解性和传统的生物法处理效果差的特点.使其有效处理成为目前环境领域研究的热点和难点。氧化还原介体引入到偶氮染料废水厌氧生物处理过程中.可使偶氮染料生物还原速率提高一到几个数量级.间接促进染料的降解。其中水溶性氧化还原介体在实际应用中连续投加,成本大,且流失易造成二次污染。而对于非水溶性氧化还原介体的研究总体上仍处于起步阶段.缺少非水溶性介体完整系统催化机理和介体定性/定量构-效理论的指导,研究有待深入。故本课题开展非水溶性氧化还原介体催化强化偶氮染料脱色作用、机理和构效特性研究 本课题筛选了葸醌、1.5-二氯葸醌、1.8-二氯葸醌和1.4.5.8-四氯葸醌4种结构相似的醌类化合物为氧化还原介体和以酸性红B为模型偶氮化合物,考察了非水溶氧化还原介体对偶氮染料脱色的催化强化作用,并对反应条件进行了优化。研究结果表明,这4种结构相似的醌介体皆可加速酸性红B脱色,在相同反应条件下加速顺序为1.5-二氯葸醌1,8-二氯葸醌蒽醌1.4,5,8-四氯葸醌。1.5-二氯葸醌催化强化酸性红B脱色反应的最适温度为35℃,pH值为7.5;染料浓度在≤500mg·L-1范围内不会成为醌介体催化强化酸性红B脱色的限制性因素:1.5-二氯葸醌对8种偶氮染料生物脱色均具有较好的催化强化效果,表明其催化偶氮染料生物脱色具有一定的广谱性。 同时通过生物化学(氧化还原电位、电子传递抑制剂)、电化学(循环伏安法)和结构化学(取代基定位效应、量子计算理论(密度泛函B3LYP法))三层次的分析探讨,推测了4种醌介体催化强化酸性红B脱色反应的机理:①在酸性红B脱色过程中投加介体和不投加介体过程氧化还原电位变化趋势相似,逐渐从高到低、从正向负变化,且投加介体体系比空白体系的ORP降低速率快,稳定电位略有降低。1,5-二氯葸醌、1.8-二氯蒽醌、葸醌和1,4,5.8-四氯葸醌稳定电位分别比空白低了40mV、40mV、30mV和20mV,降低的幅度和醌介体催化作用正相关;②分别加入4种典型的电子传递链抑制剂CuCl2、NaN3、双香豆素和鱼藤酮,发现醌介体的投加能抵消或减弱鱼藤酮的抑制作用,表明醌介体可能在电子传递链中替代NAD(P)H向偶氮还原酶传递电子。在无抑制剂体系,醌介体可能与NAD(P)H协同作用向偶氮还原酶传递电子;③4种醌介体循环伏安特性表明其电极过程皆为半可逆反应,醌介体氧化还原电位(E0)高低与催化作用有关,Eo′越高,加速效果越好,这4种醌的Eo′与脱色速率常数K的关系模型为:K=0.4285 E0′+124.46;且反映可逆性程度的阳极和阴极峰电流之比值与1的接近程度与醌介体加速酸性红B脱色能力正相关;④通过取代基定位效应和量子计算理论-密度泛函B3LYP法两方面定性分析醌介体化学结构上氯取代基效应和氧化还原活性的关系。氯取代基对蒽环具吸电子和共轭两种相对效应,其数量和位置的不同共同决定对葸环的主导效应,从而对醌介体的氧化还原活性产生影响:计算葸环上环靶点处电荷密度(ρ),发现ρ越大,浓集于O原子上的负电荷就越少.体系越不容易失去电子,体系还原活性也就越差。 非水溶性氧化还原介体催化强化偶氮染料脱色作用、机理和构效特性研究结果.为偶氮染料生物厌氧降解-氧化还原介体技术的应用价值奠定了一定理论和技术基础。
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X703

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