摘 要

目前，随着工业的发展，染料的污染问题越来越备受关注。而芬顿反应在有机染料催化降解的领域有着很广泛的应用。如何将芬顿反应的速率进行控制和材料的回收是最近都在讨论的问题。

本文中通过两步方法合成一系列的两亲性PMMA/PVP/Fe² 纳米复合纤维薄膜，首先通过溶胶-凝胶法制备了高分子前驱体溶液，然后通过静电纺丝法合成了两亲性PMMA/PVP/Fe² 纳米复合纤维薄膜。所合成的纳米复合纤维采用X-射线衍射，傅里叶红外光谱，扫描电子显微镜以及全谱直读等离子发射光谱仪表征。最后研究采用了在催化剂H₂O₂的条件下降解亚甲基蓝染料来表征材料的性能。结果显示表明，表观速率反应常数随着Fe² 含量的上升而增加，并且增加催化剂H₂O₂的浓度，会提升纳米复合纤维的降解速率，而不会改变最终的降解率。而通过了有机-无机纳米复合材料的结合，无论是控制材料的反应速率又或者是进行材料的回收都在降解有机染料这一领域有很大的应用前景。

关键词：静电纺丝法；PMMA；PVP；FeCl₂·4H₂O；纳米纤维；亚甲基蓝。

Abstract

Nowadays, with the development of the dyestuff chemical industry, pollution of dyes has been increasingly concerned. However, the Fenton reaction has been widely used in the field of organic dyes. Recently, problems of how to control the rate of Fenton reaction and recycle the materials of reaction have been discussed.

In this work, a series of amphipathy PMMA/PVP/Fe² composite nanofibers were successfully synthesized through a successive two-step method. The precursor solution by sol-gel process followed by electrospinning. The as-synthesized nanocomposites were characterized using X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), fourier transform infrared (FT-IR) and inductively coupled plasma-optical emission spectr (ICP). The catalytic performance of amphipathy PMMA/PVP/Fe² composite nanofibers for the degradation of organic dyes was investigated using methylene blue (MB) as the model dye in the presence of H₂O_2. The results showed that the degradation efficiency and apparent rate constant of the degradation reaction were significantly enhanced with increased content of Fe² , whereas the dosage of H₂O₂ remarkably promoted degradation rate without affecting degradation efficiency. In addition, through the combination of organic-inorganic nanocomposites, both the control of the reaction rate and the recovery of materials have great application prospects in the field of degradation of organic dyes.

Key words：electrospinning; PMMA；PVP；FeCl₂·4H₂O；nanofibers；methylene blue.

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题背景及研究的目的和意义 1

1.2染料、染料危害及处理方法概述 2

1.2.1化学法 3

1.2.2生物降解法 4

1.2.3物理法 4

1.3静电纺丝薄膜的吸附性能 5

1.4芬顿反应在染料废水中的降解性能 5

1.5静电纺丝技术简介 5

1.6无机-高分子聚合物纳米复合体系的概述 6

1.7本文的主要研究内容 7

1.8本文的创新点及展望 7

第2章 Fe² /PMMA/PVP两亲性复合薄膜的制备和表征 9

2.1引言 9

2.2实验试剂与设备 9

2.2.1实验试剂 9

2.2.2实验设备 10

2.3实验部分 10

2.3.1前驱体溶液的制备 10

2.3.2 PMMA/PVP/Fe² 复合纳米纤维的制备 10

2.4材料表征 11

2.4.1X射线衍射分析（XRD） 11

2.4.2傅里叶红外光谱分析（FT-IR） 11

2.4.3全谱直读等离子体发射光谱仪分析（ASE-ICP） 11

2.4.4扫描电子显微分析 11

2.4.5催化降解亚甲基蓝实验 11

第3章 结果与讨论 13

3.1扫描电子显微镜 13

3.2 X-射线衍射分析 15

3.3全谱直读等离子体发射光谱仪分析 16

3.4傅里叶红外光谱分析 17

3.5染料降解 17

3.5.1 亚甲基蓝的降解（固定催化剂H₂O₂和亚甲基蓝浓度） 18

3.5.2 Fe² 释放曲线 19

3.5.3亚甲基蓝的降解（改变催化剂H₂O₂浓度和固定亚甲基蓝的浓度） 20

3.5.4亚甲基蓝的降解（固定催化剂H₂O₂浓度和改变亚甲基蓝的浓度） 21

3.5.5动力学分析 22

第4章 结论 23

参考文献 24

第1章 绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

随着人类进入工业化的时代以来，由于工业上的生产而造成的环境污染的问题越来越严重，其中工业化的过程伴随着排放大量的废水和废气，这些污染物对大自然的环境破坏尤为严重。截止至目前为止各国都在投入大量的人力和财力去研究如何减少和减轻工业化进程中对环境的污染问题，但是目前都没有取得较为理想的预期。

目前，越来越多国家和媒体对于工业染料的使用过程中的废水排放问题有着极高的关注度。工业生产上处理染料作为污染物的废水的污染目前而言一般分为三大类：化学法、物理法以及生物法，但是每一类都有自身的优点和缺点^[1-5]。物理法主要是将废水中的染料转移到另一个载体中去，而不是能将染料降解^[6]；生物法降解有机染料的效率最低且具有成本高和难以控制的缺点^[7]；化学法是最具有前途的降解染料方式，但是又因为需要各种高性能催化剂以及处理染料后的后处理过程，因此在使用化学法上的改进有待进一步去探索^[8]。

在过去的几十年的研究表明，因为芬顿反应所使用的方案低成本、高反应活性剂作为还原剂、和能产生活性氧（ROS），使其在降解有机染料是拥有巨大的潜力^[9]，该反应主要使用的金属为铁，然而由于直接加入纳米铁粒子或者加入Fe² 会使得反应进行迅速，从而导致反应快速失活且不易控制。所以，最近的研究目标是如何将芬顿反应变成为一个可控反应速率且成本低的反应过程^[10]。