Fe(Ⅲ)-XG配合物选择性絮凝微细粒赤铁矿与石英及其机理研究

基于金属离子配位理论,将FeCl_(3)·6H_(2)O与黄原胶(XG)按一定比例混合制备Fe(Ⅲ)-XG配合物,用于改善微细粒赤铁矿难沉降、回收效果差的问题。采用沉降实验研究了不同条件下Fe(Ⅲ)-XG对微细粒赤铁矿和石英的选择性絮凝行为,结合动电位、红外光谱和显微镜分析,揭示Fe(Ⅲ)-XG对赤铁矿的絮凝作用机理。矿物絮凝沉降试验结果表明:以黄原胶和Fe(Ⅲ)为絮凝剂,无法实现赤铁矿与石英的选择性絮凝,而黄原胶与FeCl_(3)·6H_(2)O质量比为1︰9时生成的Fe(Ⅲ)-XG配位絮凝剂,对赤铁矿和石英表现出较强的选择性絮凝作用,pH值为6时两者沉降率差异最大,分别为91.50%和39.96%。显微镜观察结果证实,Fe(Ⅲ)-XG作用下,赤铁矿颗粒形成块状絮体,且絮体密实程度更大,而石英颗粒间未发生团聚作用,处于相对分散的状态。Zeta电位、溶液化学计算、吸附量实验与红外光谱分析结果表明:黄原胶主要通过羧酸基团的羰基C=O与Fe^(3+)发生配位作用形成Fe(Ⅲ)-XG配合物,Fe(Ⅲ)-XG在石英和赤铁矿表面吸附方式不同,因而在两种矿物表面吸附量不同。Fe(Ⅲ)-XG中的羟基氧和赤铁矿表面的铁元素发生化学键合特异性吸附在赤铁矿表面,而在石英表面只有微弱的氢键吸附。通过FeCl_(3)·6H_(2)O与黄原胶配位组装可显著提升微细粒赤铁矿选择性絮凝分离效果,为赤铁矿选择性絮凝分选提供新的策略和理论指导。

羟胺强化Fe(Ⅲ)-NTA络合物活化过二硫酸盐降解磺胺甲恶唑

针对Fe(Ⅱ)/过二硫酸盐(Peroxydisulfate,PDS)高级氧化技术存在的pH值应用范围窄、铁泥产量大等缺陷,研究构建Fe(Ⅲ)-氨三乙酸(Nitrilotriacetic Acid,NTA)/羟胺(Hydroxylamine,HAm)/PDS体系,以在中性条件下高效降解水中新污染物磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)。研究结果显示,Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/PDS体系在pH=7条件下对SMX的降解率可达91%,该体系降解SMX的主要活性物种为·SO_(4)^(-)和·OH。SMX在Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/PDS体系中的降解效率随溶液pH值的升高而降低,且增加Fe(Ⅲ)、PDS的用量会加速SMX降解。NTA的引入可将Fe(Ⅱ)/PDS体系的pH值应用范围由酸性拓展至弱碱性,与此同时,向体系内加入HAm可有效减少铁泥的产量。根据检测到的降解产物,提出SMX在Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/PDS体系中可能的降解途径包括断键反应、羟基化反应、氨基氧化反应。双酚AF、双氯芬酸、土霉素等其他新污染物也能在Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/PDS体系中被高效去除,表明该体系在新污染物的降解领域有较大的应用潜力。

综合化学实验设计:氧桥三核铁(Ⅲ)配合物的便捷制备与表征

目前本科化学实验教学内容在配合物制备实验方面主要涵盖了单核配合物,而对配合物家族中占有重要地位的多核配合物却很少涉及。基于此,我们依据科研成果设计了一个关于三核铁(Ⅲ)配合物的综合化学实验,以期通过该实验加深学生对配合物有关知识的理解和运用。本设计以廉价易得的九水合硝酸铁与三水合乙酸钠为原料,通过水浴加热反应、冷却结晶等步骤制备了一种氧桥三核铁(Ⅲ)配合物[Fe_(3)O(CH_(3)COO)_(6)(H_(2)O)_(3)]NO_(3)·4H_(2)O,通过配位滴定法测定了其铁元素含量,并对其进行了红外、热重、粉末X射线衍射和电子顺磁共振等表征测试。该实验制备方法简单快捷,易于操作,环保无污染。实验内容蕴含思政元素,目标配合物结构新颖,富有对称美,实验教学时亦可培养学生的审美意识,使其领略化学之美。本设计科教融合,有助于培养学生分析解决问题的能力,为本科生的综合化学实验教学提供了一个可行案例。

羟胺强化Fe(Ⅲ)-NTA/H_(2)O_(2)类芬顿体系降解磺胺甲恶唑

为改善传统芬顿法pH应用范围窄、铁泥产量大等缺陷,提出了一种新型Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/H_(2)O_(2)类芬顿体系用于降解水中新污染物磺胺甲恶唑(SMX)。考察了不同pH、Fe(Ⅲ)浓度对该体系降解SMX的影响,探究了SMX在该体系中的降解机理,并评估了该体系对其他有机污染物的降解效能。实验结果表明,Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/H_(2)O_(2)体系在中性或弱碱条件下对SMX的降解率可达85%以上,并且SMX的去除率随着Fe(Ⅲ)投加量的增加而增大。通过自由基淬灭实验,识别出HO•为体系中降解SMX的主要活性物种,并根据SMX的降解产物提出了SMX可能的三条降解途径:羟基化、氨基氧化和断键反应。相较于传统芬顿法,Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/H_(2)O_(2)体系的pH应用范围显著拓宽,铁泥产量明显减少,并且该体系也能有效降解罗丹明B、橙黄G、双氯芬酸、土霉素等其他有机污染物,说明该体系具有一定的应用潜力。

Fe(Ⅲ)/2,6-吡啶二羧酸活化高碘酸盐强化染料脱色的效能与机制

有色染料是环境中非常重要的污染源之一,严重威胁着水生生态环境和人类健康。由于其难以被天然降解,且传统的污水处理工艺亦无法实现其高效去除,因此急需开发绿色、高效的水处理工艺进行有色染料污染控制。发现Fe(Ⅲ)/2,6-吡啶二羧酸(2,6-PDA)可高效活化高碘酸盐(PI)实现亚甲基蓝(MB)这一典型染料的高效降解。实验结果表明,该体系在Fe(Ⅲ)浓度为10μmol/L、2,6-PDA浓度为10μmol/L和PI浓度为200μmol/L时,可在pH 3.0条件下使5 mg/L MB降解率在120 s内大于97%。该方法依托高级氧化原理和配位强化策略,利用PI对有色染料进行降解,为目前染料废水治理提供了新思路从而有效地修复了污染水体。

[Co^(Ⅲ)(DIEN)(N_(3))_(3)]配合物的合成、晶体结构及量子化学研究

采用配体占位策略和分子自组装原理,选用二亚乙基三胺(DIEN)为有机配体,Co^(3+)为中心金属离子,室温下,通过溶液法合成了一例单核钴配合物[Co^(Ⅲ)(DIEN)(N_(3))_(3)](1)单晶体,利用X射线单晶衍射方法、元素分析和量子化学计算对配合物进行了结构表征和电子结构分析。结构解析表明,该配合物单晶体属于三斜晶系,■空间群,晶胞参数为:a=0.825 3(2)nm,b=0.892 0(3)nm,c=0.898 7(3)nm,α=106.497(4)°,β=90.281(4)°,γ=113.861(4)°,V=0.574 7(3)nm^(3)。中心金属离子Co(Ⅲ)位于拉长八面体配位环境中,每个配合物分子由一个Co(Ⅲ)离子、3个叠氮阴离子和1个二亚乙基三胺组成,一个叠氮离子的两个N原子位置无序,占有率各为50%。单核结构之间通过N—H…N分子间氢键和π…π堆积组装成一维链状超分子结构。此外,以X射线衍射分析得到的晶体结构为计算模型,采用密度泛函理论(DFT)对配合物1的几何构型进行了全构型结构优化和振动频率计算,分析了配合物的单点能、原子电荷分布及前线分子轨道等性质。量子化学计算结果表明该配合物构型为稳定构型,且与实验结果相吻合。

手性低聚环状salen-Mn(Ⅲ)配合物的合成及其催化烯烃不对称环氧化反应的性能

合成了新型二水杨醛衍生物,将其与(1R,2R)-环己二胺缩合制备出手性低聚环状salen配体,该配体再与Mn3+配位制得手性低聚环状salen-Mn(Ⅲ)配合物.利用核磁共振光谱、傅里叶变换红外光谱、紫外可见光谱、凝胶渗透色谱和元素分析等手段对配体和配合物进行了表征.分别以NaClO和间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)为氧化剂,考察了该salen-Mn(Ⅲ)配合物催化烯烃不对称环氧化反应的性能.结果表明,该配合物对顺-β-甲基苯乙烯的不对称环氧化反应具有很好的催化性能,产物选择性达96%,ee值达78%.以顺-β-甲基苯乙烯为底物,m-CPBA为氧化剂,考察了该配合物催化剂的循环使用性能.

MCM-41负载手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物的制备及其对不对称环氧化的催化性能

三乙氧基硅丙胺与介孔分子筛MCM-41表面的羟基在甲苯中回流反应得到氨丙基官能团化的MCM-41,再利用氨基与Salen-Mn(Ⅲ)上的活性酯基生成酰胺键,将手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物负载到MCM-41上,实现了手性均相催化剂的多相化.分别利用FT-IR,DRUV-Vis,XRD,ICP和N2吸附等手段对负载型催化剂进行了表征.结果表明,手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物成功负载到MCM-41上,但MCM-41和手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物固有的结构保持不变.以次氯酸钠和间氯过氧苯甲酸为氧化剂,考察了负载型催化剂对1,2-二氢萘不对称环氧化反应的催化性能,结果表明,负载型催化剂的催化活性比相应均相催化剂的低,但对映体选择性有所提高.在NaClO/PyNO氧化剂体系中20℃反应12h,1,2-二氢萘环氧化物的收率达45.9%,对映体过量值为84.3%.负载型催化剂在循环使用5次后Mn的流失达34%.

聚苯乙烯负载手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物的制备及其对不对称环氧化反应的催化性能

通过多步接枝法将手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物负载到聚苯乙烯树脂上。以NaClO为氧化剂,考察了该负载手性配合物对α-甲基苯乙烯、二氢化萘、Cis-β-甲基苯乙烯、苯乙烯等非官能团化烯烃不对称环氧化反应的催化性能。结果表明:负载后催化剂的催化活性和环氧化物的对映体过量值比负载前都有所降低,循环使用3次后出现明显的失活现象。

糖衍生的手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物的合成及其在不对称环氧化中的应用

利用1,2:5,6-二氧-异丙叉基-3-氧-亚甲基-[5-(3-叔丁基-2-羟基苯甲醛)]-α-D-呋喃葡萄糖与(1S,2S)-(-)-1,2-二苯基乙二胺缩合生成新型手性Salen配体,再与Mn3+配位制得糖衍生的手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物.利用核磁共振波谱、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见光谱和元素分析方法对配体和配合物进行了表征.分别以NaClO和间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)为氧化剂,考察了该配合物催化烯烃不对称环氧化反应的性能.结果表明,在配体羟基的对位引入手性糖基对催化效果有一定的影响.并且以m-CPBA为氧化剂考察了催化剂在离子液体[bmim]PF6中苯乙烯环氧化反应的循环使用性能.催化剂在使用四次后,对映体过量值仍能达到51%.

手性胶束中Salen-Mn(Ⅲ)配合物对末端烯烃的催化环氧化反应

在表面活性剂（－）—（１Ｒ，２Ｓ）—Ｎ—甲基—Ｎ—十六烷基麻黄素溴化物的手性胶束体系中，在Ｓａｌｅｎ－Ｍｎ（Ⅲ）配合物的催化下，末端烯烃可被氧化为旋光性的环氧化合物．

水溶性手性Salen-Mn(Ⅲ)的合成及其催化烯烃环氧化反应性能

以2-叔丁基苯酚为原料,经甲酰化反应、氯甲基化反应以及N-甲基咪唑的季铵化反应制得引入咪唑盐基的水杨醛衍生物,将其分别与(1S,2S)-二苯基乙二胺和(1S,2S)-环己二胺缩合,得到相应的手性Salen配体,再与过渡金属Mn(Ⅲ)配位得到两种水溶性手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物。采用1H NMR、FTIR和元素分析等手段对中间体及配合物进行了表征。以NaClO为氧化剂,考察了水溶性手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物对苯乙烯、1,2-二氢化萘、α-甲基苯乙烯和顺式-β-甲基苯乙烯等非官能化烯烃不对称环氧化反应的催化性能。实验结果表明,水溶性手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物比经典手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物具有更高的活性和环氧化物选择性,但对映体选择性(ee值)有所降低。以苯乙烯的环氧化反应为例,相同反应时间内水溶性手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物的活性和环氧化物选择性的增加值均接近10%,但ee值的下降值大于20%。

水溶性手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物的合成及其对1-苯乙醇氧化动力学拆分反应的催化性能

通过在3-叔丁基水杨醛C5位引入咪唑盐基,再与(1S,2S)-二苯基乙二胺缩合得到手性Salen配体,该配体与醋酸锰配位、空气氧化以及氯离子置换得到水溶性手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物。采用傅里叶变换红外光谱、高分辩率质谱以及元素分析对其结构进行了表征。以1-苯乙醇的氧化动力学拆分为模型反应,以二氯甲烷和水混合物为溶剂,溴化钾为添加剂,并以二乙酸碘苯为氧化剂,考察了所合成的水溶性手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物对仲醇氧化动力学拆分反应的催化性能。结果表明:咪唑盐基的引入提高了氧化反应的速率,但却大大降低了仲醇氧化动力学拆分反应的拆分性能,表明手性Salen Mn(Ⅲ)配合物结构中C5位基团的大的空间位阻有利于仲醇氧化动力学拆分。

聚苯乙烯负载Salen-Mn(Ⅲ)配合物的制备及其催化空气环氧化烯烃反应

Salen Mn(Ⅲ)配合物是空气环氧化烯烃的优良均相催化剂。然而,与反应混合物难于分离的缺点限制了其大规模地使用,利用高聚物为载体负载此类配合物有望解决这一问题。因此,通过多步接枝法将一Salen-Mn(Ⅲ)配合物负载在聚苯乙烯(交联度2%)树脂上制备了高分子负载的催化剂。利用傅立叶变换-红外光谱、原子吸收以及元素分析等方法对该催化剂及其前体进行了表征。分别以环己烯,苯乙烯,1-辛烯为底物考察了该负载配合物催化空气环氧化烯烃反应的性能;考察了环氧化反应条件对催化剂性能的影响,并得出优化的环氧化反应条件。在此条件下环己烯的转化率可达91.4%,环氧环己烷的选择性达86.3%。同时在优化条件下考察了催化剂的循环使用性能。上述结果表明该负载催化剂对环己烯和苯乙烯的空气环氧化具有很高活性和环氧化物选择性。该催化剂能够循环使用几次,但未达到预期效果。

MCM-41负载手性C_2-不对称Salen-Mn(Ⅲ)配合物的制备及催化性能

以γ-氨丙基三乙氧基硅基烷对MCM-41修饰,得到氨基修饰的MCM-41,进而通过接枝法将手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物固载在介孔分子筛MCM-41上,制备了MCM-41负载的带隔离基团的C2-不对称Salen-Mn(Ⅲ)催化剂。分别利用FT-IR和DR UV-Vis等手段对负载催化剂进行了表征。以NaClO为氧化剂,考察了该负载Salen-Mn(Ⅲ)配合物催化非官能化烯烃不对称环氧化反应的性能及循环使用性能。

多相化Salen-Mn(Ⅲ)配合物的制备及其催化性能

采用化学键联和溶胶-凝胶相结合的方法制备锚链固定的多相化Salen-Mn(Ⅲ)催化剂,利用FT-IR,UV-vis,1H NMR等方法对催化剂及其前体进行表征。考察了该催化剂催化烯烃不对称环氧化反应及其循环使用的性能,实验发现,多相化催化剂催化活性有所降低,但延长了反应时间后,催化顺-β-甲基苯乙烯不对称环氧化的转化率达到95%,其环氧化产物的对映体过量值(ee值)为60%。

手性聚合Salen-Mn(Ⅲ)配合物的合成及其催化性能

合成了新型二聚水杨醛衍生物,将其与(1R,2R)-环己二胺缩合制备出手性聚合Salen配体,该配体再与Mn3+配位制得手性聚合Salen-Mn(Ⅲ)配合物。利用FT-IR、UV-Vis等手段对配体和配合物进行了表征。分别以NaClO和间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)为氧化剂,考察了该Salen-Mn(Ⅲ)配合物催化烯烃不对称环氧化反应的性能。结果表明,该配合物对顺-β-甲基苯乙烯的不对称环氧化反应具有很好的催化性能,产物选择性达98%,ee值达80%。以顺-β-甲基苯乙烯为底物,m-CPBA为氧化剂时,该配合物可循环使用3次。

聚苯乙烯负载手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物的制备及其催化性能考察

通过多步接枝法将4种不同结构的手性Salen-Mn(Ⅲ)配合物负载到聚苯乙烯(交联度2%)树脂上,并分别以NaClO和m-CPBA为氧化剂,考察了这些负载手性配合物对α-甲基苯乙烯、二氢化萘、顺-β-甲基苯乙烯、苯乙烯等非官能团化烯烃不对称环氧化反应的催化性能。通过实验筛选出一个效果最好的负载催化剂,并对其循环使用性能进行了考察。实验表明,催化剂每次使用后活性均会下降,循环使用三次后出现明显的失活现象。

基于三氰基铁(Ⅲ)酸盐的Fe^(Ⅲ)_(4)Ni^(Ⅱ)_(2)六核配合物的合成、结构及磁性

利用三氰基铁酸盐(Bu_(4)N)[FeⅢ(Tp)(CN)_(3)](Tp=氢化三(1-吡唑基)硼酸)与配体2,9-二吡唑基-1,10-菲咯啉(dpzpen)以及高氯酸镍反应合成了一例氰根桥联的Fe^(Ⅲ)_(4)Ni^(Ⅱ)_(2)六核配合物[Fe_(4)Ni_(2)(Tp)_(4)(CN)_(12)(dpzpen)_(2)]·12H_(2)O·3CH_(3)OH (1)。结构研究表明配合物1具有近似菱形的Fe^(Ⅲ)_(2)Ni^(Ⅱ)_(2)骨架结构,另外2个Fe则通过氰根延伸在菱形的外侧。磁性研究表明在配合物1中氰根桥联的Fe和Ni表现出铁磁相互作用。更为重要的是,基于配合物1的结构模型,对它的变温磁化率数据进行拟合得到了不同Fe-Ni之间的磁耦合常数,得到的最佳磁耦合常数J3d(15.73 cm^(-1))>J2d(3.53 cm^(-1))≈J1d(3.50 cm^(-1))与Ni-N键的键长以及Ni-N≡C键角的变化趋势有关(J3d:0.206 5 nm,169.8°;J2d:0.206 2 nm,163.1°;J1d:0.198 7 nm,161.6°)。以上结果表明Ni-N键长越短,Ni-N≡C键角越大,Fe与Ni之间的铁磁耦合越强。

三核铜(Ⅱ)-稀土(Ⅲ)席夫碱配合物的合成、分子结构和性质

通过四齿铜(Ⅱ)席夫碱配合物(CuSaltn)与硝酸镧(Ⅲ)反应,合成了一系列的3d-4f异金属席夫碱配合物(CuSaltn)_(2)Ln(H_(2)O)(NO_(3))_(3)(Ln=镧(1),铈(2),镨(3),钕(4),钐(5)),其中Saltn为1,3-丙二胺缩双水杨醛席夫碱配体。对配体和配合物进行了元素分析、热失重、红外光谱、紫外光谱等分析表征。在室温下测定了配合物5的晶体结构,钐(Ⅲ)离子与两个双齿铜配合物、两个双齿硝酸盐离子和一个水分子形成九配位构型。形成三核铜(Ⅱ)-稀土(Ⅲ)配合物后,配合物的荧光显著降低。该类化合物的结构研究为其他类似的席夫碱配合物的研究提供有价值的信息,并且会被应用于荧光性能的研究。