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《西南大学》 2008年
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半导体催化剂对酯类润滑油的光降解研究

段建田  
【摘要】: 随着润滑油的广泛使用和对环境的日益关注,人们越来越重视润滑油对环境的污染问题。光催化氧化技术是近年来兴起的一种污染治理技术,能将难降解有机污染物氧化、分解,在常温常压下反应,操作简易,能耗低,所使用的催化剂TiO_2无毒无害,稳定性高,成本低,可回收利用,这门技术已引起越来越多的科研工作者的关注。 本文以锐钛型纳米TiO_2为光催化剂,用1000W高压汞灯为紫外光源光降解双季戊四醇庚酸六酯(di-PEHECA)、三甲醇丙烷庚酸三酯多元醇酯类润滑油。实验设计研究了不同纳米TiO_2量、H_2O_2浓度、光降解反应时间、pH值和有机溶剂对双季戊四醇庚酸六酯(di-PEHECA)、二甲醇丙烷庚酸三酯光降解效率的影响,并研究了各因数影响下,两类润滑油的光降解动力学规律。主要研究结果如下: 双季戊四醇庚酸六酯(di-PEHECA)和三甲醇丙烷庚酸三酯光降解研究结果表明:用异辛烷作有机溶剂,双季戊四醇庚酸六酯、三甲醇丙烷庚酸三酯的紫外光谱峰形最好,可作为紫外分析测试的最佳溶剂。锐钛型纳米TiO_2对di-PEHECA和三甲醇丙烷庚酸三酯光催化降解效果显著。在di-PEHECA浓度为50.2mg·mL~(-1)、紫外光照时间为20min的反应条件下,对照的光降解率为36.1%,而纳米TiO_2用量为1.26g·L~(-1)时光降解率为93.07%,较对照提高了约61%。在三甲醇丙烷庚酸三酯浓度为51.3mg·mL~(-1)、紫外光照时间为20min反应条件下,对照的光降解率为48.9%,而当纳米TiO_2用量为1.24g·L~(-1)时,光降解率为95.8%,较对照提高约48%。酸度对两类润滑油的催化降解具有明显影响,作用大小和方向与体系pH值具有密切关系。在di-PEHECA浓度为50.2mg·mL~(-1)、紫外光照时间为20min,di-PEHECA在强酸性和中性条件下光降解效果好,其降解率为93.0%~98.0%;当pH值为3.5左右时,降解率为97.93%;pH值为7.0时,光降解率为96.67%。而在弱酸性和弱碱性条件下降解效果较差,降解率仅为85%~89%。在三甲醇丙烷庚酸三酯浓度为51.3mg·mL~(-1)、紫外光照时间为30min反应条件下,在酸性范围内光降解率较低,光降解率只有60%~70%。而在pH为7.5~8.0时,光降解效果最好,可以达到95.8%左右。因此,三甲醇丙烷庚酸三酯光降解最适宜的pH范围为中性至弱碱性。H_2O_2能促进di-PEHECA和三甲醇丙烷庚酸三酯光降解。加入一定浓度的H_2O_2两类润滑油的光降解率均高于对照。对于di-PEHECA,当H_2O_2浓度低于2mol·L~(-1)时,对di-PEHECA光降解效率有一定程度增加,而H_2O_2在2mol·L~(-1)~3mol·L~(-1)浓度范围则有一个突变,光降解率急剧上升,光降解的效率达到95.92%,和对照比较,其光降解率提高约23%。与对照相比,H_2O_2对三甲醇丙烷庚酸三酯光降解率影响幅度不大,当H_2O_2浓度为3mol·L~(-1)降解率为92.07%,达到最高,其光降解率提高约9%。试验浓度为51.3mg·mL~(-1)三甲醇丙烷庚酸三酯和di-PEHECA浓度为50.2mg·mL~(-1)随光降解时间的变化规律研究结果表明:三甲醇丙烷庚酸三酯和di-PEHECA均随光降解时间的增加,降解率不断增加。在前20min内,光降解效果显著,光降解率随时间几乎呈直线上升,光降解20min时di-PEHECA和三甲醇丙烷庚酸三酯光降解率分别是75.26%和91.97%。光降解20min后,光降解率随时间的延长而增加;对于di-PEHECA光降解率增加幅度较大,而对于三甲醇丙烷庚酸三酯的光降解率增加幅度不大。当光降解时间为50min时,di-PEHECA和三甲醇丙烷庚酸三酯的光降解率分别高达90%和99%。有机溶剂对di-PEHECA和三甲醇丙烷庚酸三酯光降解效果影响显著。对di-PEHECA,四种有机溶剂的光降解效果次序为:异辛烷丙酮无水乙醇二氯甲烷;而对三甲醇丙烷庚酸三酯,五种有机溶剂的光降解效果次序为:醇水溶液甲醇异辛烷二甲苯丙酮。因而,di-PEHECA光降解的最佳溶剂为异辛烷,三甲醇丙烷庚酸三酯光降解的最佳溶剂为醇水溶液。 纳米TiO_2量、pH值、H_2O_2浓度对双季戊四醇庚酸六酯(di-PEHECA)光降解动力学变化影响的实验结果表明:采用指数回归拟合得到不同纳米TiO_2用量的动力学方程,其决定系数R~2大于0.96。不同纳米TiO_2量对di-PEHECA光降解动力学过程遵循一级反应动力学规律。双季戊四醇庚酸六酯(di-PEHECA)在酸性(pH=5.10)、中性(pH=7.02)和碱性(pH=9.02)条件下,光降解动力学符合一级反应动力学规律,拟合决定系数R~2大于0.975。pH对di-PEHECA的光降解动力学有明显的影响。双季戊四醇庚酸六酯在中性条件下的光降解速度最快。不同H_2O_2浓度对di-PEHECA光降解动力学也有明显的影响,当H_2O_2浓度增加到1.96~2.6mol·L~(-1)时,其半衰期与对照相比,缩短了5~6倍。这表明H_2O_2能加速di-PEHECA光降解。 纳米TiO_2量、pH值、H_2O_2浓度和不同的有机溶剂对三甲醇丙烷庚酸三酯光降解动力学影响的实验结果表明:不同纳米Ti_O2用量对三甲醇丙烷庚酸三酯光降解符合一级动力学反应。纳米TiO_2用量从0.76g·L~(-1)增加到2.99g·L~(-1),半衰期由128.4min缩短到10.4min,半衰期缩短12.8倍。不同H_2O_2浓度对三甲醇丙烷庚酸三酯的光降解动力学有明显的影响。与对照相比,H_2O_2浓度在0.65~1.96mol·L~(-1)范围,对三甲醇丙烷庚酸三酯的光降解有促进作用,速率常数均大于对照,半衰期比对照短。在酸性(pH=5.02)条件下,三甲醇丙烷庚酸三酯的光降解速率常数小,在中性(pH=7.06)和碱性(pH=9.02)条件下,三甲醇丙烷庚酸三酯的光降解速率常数较大,在中性和碱性条件下的半衰期比酸性缩短2倍。四种有机溶剂对三甲醇丙烷庚酸三酯光降解动力学影响明显程度次序:丙酮异辛烷无水乙醇甲醇。这表明丙酮有机溶剂更有利于三甲醇丙烷庚酸三酯的光降解。
【学位授予单位】:西南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:X703

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