二氧化铅阳极电催化降解纤维素的研究

论文摘要

纤维素是由D-吡喃葡萄糖环相互以β-1,4糖苷键相联的线性大分子化合物,在自然界中广泛存在。随着石油、煤炭等不可再生资源的日渐匮乏,如何有效地利用纤维素这种可再生能源吸引着各国研究者的极大兴趣。目前,电催化氧化法已被广泛氧化技术已被广泛应用于有机污水的处理,在电催化氧化过程中具有氧化性强,对环境无污染,可称之为一种绿色的化学方法。因此本文选取电化学方法来降解纤维素,首先制备了Pb/PbO2电极,再以Pb/PbO2电极为阳极,铜片为阴极,25°C下以硫酸溶液为电解质对纤维素进行电催化降解研究。分别考察了电流密度、反应时间、硫酸浓度和纤维素浓度对纤维素降解效果的影响。通过XRD和SEM对Pb/PbO2电极进行表征,并运用极化曲线和循环伏安法对电极的性能进行了表征。结果表明,自制Pb/PbO2电极表面主要是有效活性成份的β-PbO2,电极表面平整致密,无明显裂痕;并且Pb/PbO2电极具有较高的氧化电位,对纤维素具有较强的电催化降解作用。用乌式粘度计法测定了降解后纤维素的聚合度,利用红外光谱仪对降解前后纤维素进行了表征;依靠抽滤分离得到液体产物,用DNS比色法（3,5-二硝基水杨酸法）、紫外可见光谱法、高效液相色谱法、柱色谱分析法、核磁和气质联用波谱法对液体产物进行了分析。结果表明:纤维素的聚合度从1100降低到最小值367,纤维素分子链上的官能团没有变化;抽滤分离得到滤液中可溶性糖的最高产率为2.6%、5羟甲基糠醛（5-HMF）的最高产率为1.8%,同时还监测到其它物质存在。通过对纤维素降解产物的分析,采用Pb/PbO2阳极能够有效地电催化降解纤维素,并对其降解机理进行了深一步的探讨,为进一步利用电化学方法降解纤维素提供了一种理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 纤维素及其降解方法
• 1-1-1 纤维素简介
• 1-1-2 纤维素的性质
• 1-1-3 纤维素的应用
• 1-1-4 纤维素的降解
• 1-2 电催化氧化技术
• 1-2-1 电催化氧化技术简介
• 1-2-2 有机物质电催化降解机理
• 1-2-3 电催化氧化技术的应用
• 1-2-4 电催化氧化技术的阳极材料
• 1-3 二氧化铅电极
• 1-3-1 二氧化铅电极简述
• 1-3-2 电催化降解有机物质的原理
• 1-3-3 二氧化铅电极的制备方法
• 1-4 课题的来源、内容和意义
• 第二章 实验部分
• 2-1 实验原料、试剂和仪器
• 2-1-1 实验原料和试剂
• 2-1-2 实验仪器
• 2-2 实验装置
• 2-3 实验方法和步骤
• 2 电极的制备和表征'>2-3-1 Pb/Pb0₂电极的制备和表征
• 2-3-2 阴极的选取
• 2-3-3 电解质的选取
• 2 阳极电催化降解纤维素'>2-3-4 Pb/Pb0₂阳极电催化降解纤维素
• 2-3-5 产物分析
• 第三章 结果和讨论
• 3-1 二氧化铅电极的特征
• 3-1-1 二氧化铅阳极物相及表面形貌
• 3-1-2 二氧化铅阳极性能
• 3-2 降解反应后残留纤维素的分析
• 3-2-1 红外光谱分析
• 3-2-2 纤维素表面形貌
• 3-2-3 纤维素的解聚
• 3-3 纤维素电解滤液中的产物分析
• 3-3-1 可溶性糖
• 3-3-2 电催化降解纤维素产物5-羟甲基糠醛
• 3-4 纤维素酸降解后溶液的电解
• 3-4-1 纤维素酸降解后溶液的电解
• 3-4-2 紫外光谱
• 3-5 纤维素电催化降解机理探讨
• 3-5-1 纤维素电催化降解的反应机理
• 3-5-2 自由基降解纤维素的机理探索
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所取得相关科技成果