酸性红37光催化降解动力学的响应曲面法优化及其转化机制

为探索单偶氮染料酸性红37在水溶液中降解的可行性及在活性氧物种作用下可能的迁移转化机制,利用光催化技术并根据中心复合实验设计原理建立了不同因素对酸性红37光催化降解效率影响的二次回归方程,得出酸性红37光催化降解的最优条件:催化剂(P25 TiO_2)质量浓度为2.3 g/L,底物浓度为90μmol/L,温度为12.5℃,溶液初始pH值为8.7。研究结果表明:水溶液中不同阴阳离子对酸性红37降解动力学的影响较大,其中Na^+、Fe^(2+)、Fe^(3+)和Zn^(2+)等对酸性红37的降解具有明显的抑制作用,而Cu^(2+)则体现了一定程度的促进作用;然而CrO_4^(2-)、SO_4^(2-)、ClO_3^-、MnO_4^-和Cl^-则对其降解均体现了不同程度的抑制作用。最后利用气相色谱-质谱联用仪对酸性红37的光催化降解产物进行了初步的分离并进行分析,认为光催化过程中酸性红37分子中NN和C—N键断裂后的进一步羟基化反应是其主要的降解途径。

酸性红37在UV/K2S2O8体系中的降解动力学和转化机制

为了探索单偶氮染料Acid red 37(AR37)降解的可行性及在活性氧物种作用下可能的反应位点和迁移转化机制,采用光活化过硫酸盐技术并根据单因素试验和响应曲面法优化试验考察了底物浓度,K2 S2O8用量和温度3个因素对AR37降解率的影响,得出AR37光催化降解的最优条件为:底物浓度90μmol·L^-1,K2S2O8用量8.47 mmol·L^-1和温度36℃.最后,利用GCMS对AR37在UV/K2S2O8体系下降解中间产物进行初步的分离与分析,并结合AR37前线电子云密度(FEDs)的理论计算结果对其降解途径进行推导.研究发现AR37在·SO4^-等活性氧物种作用下,C2、N8、N16、C17和C18等活性位点容易被自由基直接攻击或者发生电子转移反应,从而引起AR37分子中NN和C—N键断裂后的进一步羟基化反应,是其主要的降解途径.

硫酸根自由基对酸性红37的降解动力学与机制

为探索酸性红37(AR37)在硫酸根自由基作用下的降解可行性,设计了短波紫外光(UVC)活化乙腈(ACN)和水中过二硫酸钾盐K2S2O8(PDS)体系,研究了UVC/PDS/(90%ACN+10%H2O)体系中不同PDS用量、底物浓度、反应温度和光照强度等因素对AR37降解动力学的影响,借助液质联用仪对该体系中AR37的降解中间产物进行鉴定,并对AR37降解途径进行推导。结果表明:AR37在UVC/PDS/(90%ACN+10%H2O)体系中具有较好的降解效果,反应60min其去除率达到98%以上,降解速率为0.123min^-1;高温和光强增强有利于PDS产生硫酸根自由基,从而提高了AR37的降解效率;UVC/PDS/(90%ACN+10%H2O)体系中硫酸根自由基对AR37的降解占据主导作用,而AR37的初始降解途径主要包括单电子转移反应导致的脱磺酸基和偶氮键断裂,以及吸氢反应和取代反应导致的羟基化产物等。