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1、齐齐哈尔大学毕业设计（设计）齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计（论文） 题 目 11钨钴杂多酸掺杂材料制备及光降解催化性能研究 学 院 化学与化学工程学院 专业班级 化学101 学生姓名 XXX 指导教师 单秋杰 成 绩 2014年 6 月 日齐齐哈尔大学毕业设计（设计）摘要本论文采用的直接法合成了两个杂多酸盐，结构是Keggin 类型K8Ni(H2O)W11CoO39和K8Zn(H2O)W11CoW11O39，利用这两种盐与PANI反应合成了聚苯胺掺杂的多金属杂多酸盐掺杂材料通过化学氧化还原法K8Ni(H2O)W11CoO39/PANI、K8Zn(H2O)W11CoO39/PANI，并用 IR、
2、XRD、UV 等对制备出的样品进行了表征。 此外，以所合成的掺杂材料为催化剂，在紫外灯下照射100min，研究了孔雀石绿溶液的光催化降解的反应。实验研究结果表明，两种杂多酸盐掺杂材料的光降解的最佳条件一致，当孔雀石绿溶液以5mg/L为最初的浓度、加入0.08g的合成的催化剂、pH=2时，催化脱色效果最佳。此时，当催化剂为K8Zn(H2O)W11CoO39/PANI时，孔雀石绿染料液脱色效果是85.30%；当催化剂为K8Ni(H2O)W11CoO39/PANI时，孔雀石绿染料液脱色率是89.92%；当催化剂为K8Zn(H2O)W11CoO39时，孔雀石绿溶液脱色率为48.73%；当催化剂为K8N
3、i(H2O)W11CoO39时，孔雀石绿溶液脱色率为55.63%；当没有催化剂时，孔雀石绿自动降解溶液脱色率22.97%。PANI和杂多酸盐掺杂后所制备出的催化剂具有非常好催化活性。关键词：杂多酸盐；Keggin；聚苯胺；掺杂；光催化；孔雀石绿；降解1Abstract In this work, Two heteropoly acid salts are synthesized by the direct method K8Ni(H2O)W11CoO39, K8Zn(H2O)W11CoO39 and the structure of every salt is Keggin . The mat
4、erials that the two sailts doped polyaniline are synthesized by the way of chemical oxidation method K8Ni(H2O)W11CoO39/PANI, K8Zn(H2O)W11CoO39/PANI. And all of them are caterized thoroughly by UV, IR and XRD. In addition, photocatalytic degradation reaction of malachite green solution in the same ti
5、me in which the synthesized materias are catalysts, is studied under the UV light 100min. After the test, the results have shown that as the initial concentration of the malachite green solution 5mg/L, the dosage of the catalyst 0.08g, the solution pH=2, the rate of the catalytic decoloring reaction
6、 is the hightest. At this point, as to K8Zn(H2O)W11CoO39/PANI as the catalyst, the malachite green solution decolorization rate can reach 85.30%；As the catalyst for the K8Ni(H2O)W11CoO39/PANI, the malachite green solution 5mg/L decoloring rate is 89.92%; When the catalyst for the K8Zn(H2O)W11CoO39,
7、the rate of the decolorization reaction is 48.73%; As the catalyst for the K8Ni(H2O)W11CoO39, the decolorization rate of the 5mg/L malachite green solution is 55.63%; The degradability reaction rate of the same solution but without catalyst is 22.97%. The performance of the polyaniline doped with he
8、teropoly acid salt catalyst K8Ni(H2O)W11CoO39/PANI in the solution is best.Key words: Heteropoly acid salt; Keggin; Polyaniline; Doping; Photocatalytic; Malachite green; Degrade1齐齐哈尔大学毕业设计（设计）目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 杂多酸概述11.1.1多酸化学发展11.1.2杂多酸的结构21.1.3杂多酸的性质31.2 聚苯胺41.2.1 聚苯胺结构41.2.2 制备聚苯胺常见的方法41.3
9、 聚苯胺的掺杂51.3.1 聚苯胺的掺杂原理51.3.2 杂多酸与聚苯胺掺杂的方法51.4 杂多型物质废水处理方面的应用61.5 本课题研究依据、目的以及意义6第2章 实验部分82.1 实验仪器与试剂82.1.1 实验试剂82.1.2 实验仪器82.2 K8Ni(H2O)W11CoO39/PANI催化剂的制备92.2.1 K8Ni(H2O)W11CoO39的合成92.2.2 K8Ni(H2O)W11CoO39/PANI的制备92.3 K8Zn(H2O)W11CoO39/PANI催化剂的合成92.3.1 K8Zn(H2O)W11CoO39的合成92.3.2 K8Zn(H2O)W11CoO39/P
10、ANI的制备102.4 催化剂的表征102.4.1 紫外光谱102.4.2 红外光谱102.4.3 X射线112.5 光催化实验11第3章 结果与讨论123.1 NiW11Co以及NiW11Co/PANI的表征123.1.1紫外光谱123.1.2红外光谱133.1.3 X射线衍射153.2 ZnW11Co以及 ZnW11Co/PANI的表征163.2.1紫外光谱163.2.2 红外光谱173.2.3 X射线衍射183.3 孔雀石绿溶液标准曲线的测定193.4 孔雀石绿溶液最大吸收波长的测定203.5 NiW11Co/PANI的光催化实验203.5.1 孔雀石绿最初的浓度随时间变化对脱色率的影响
11、203.5.2 孔雀石绿溶液的初始pH值随时间的变化对脱色率的影响213.5.3 NiW11Co/PANI用量随时间的变化对脱色率的影响223.5.4 不同催化剂随时间的变化对脱色率的影响223.6 ZnW11Co/PANI的光催化实验233.6.1 孔雀石绿的初始浓度随时间的变化对脱色率的影响233.6.2 孔雀石绿溶液的初始pH值随时间的变化对脱色率的影响243.6.3 ZnW11Co/PANI用量随时间的变化对脱色率的影响253.6.4 不同催化剂随时间的变化对脱色率的影响25结 论27参考文献28致 谢30I1第1章 绪论1.1 杂多酸概述1.1.1多酸化学发展距今已将近有200年的多
12、酸化学研究史，已经发展相当成熟，是无机化学领域的一个重要方向，包括多酸类型和杂多酸类型化学。在众多杂多酸盐中，其中12-钼磷酸铵是首先被合成的，在十九世纪二十年代由J. Berzerius所合成，只是由于那时条件的限制，这个时候并没发现其具体组成，故多酸化学的这一阶段被科学家们称为史前时期。第一个被发现具体组成的多酸属于钨系杂多酸12-钨硅酸，在六十年代由C. Marignac所合成，他利用化学分析方法第一次明确了12-钨硅酸的具体组成成分并对其进行了表征，经过分析得出相应基团的组成比例SiO2 :WO3 =1: 12，这一突破性进展标志着多酸化学研究时期的开端。接着在七十年代，C. Sche
13、ibler成功制备出了12-钨磷酸，杂多酸的第二个发展阶段的开始的标志就是12系列的磷钨酸的成功制备及Miolati-Rosenheim理论的提出。 上世纪二十年代，Pauling创造性的发表了杂多酸的“花篮”式构造假说，Pauling当时所提出此假想针对的杂多酸是12系的，这一假想的提出使多酸化学发展进入多酸发展的第三个阶段。步入二十一世纪，关于多酸化学的发展更是被开启了一个全新的局面，化学家们开创了多酸化学一个又一个新的发展方向，根据需要，通过分子设计，赋予物质以新的结构，发现了物质新的功能。每年都有大量的多酸物质被制备出来1，形形色色的多酸型催化剂，同样它们也相应有着不同的制备方法，既可
14、以物之间直接合成，例如用杂多酸与可溶性的碳酸盐经过高温加热反应来制备，也可以利用离子交换树脂使杂多酸通过离子交换以制备多酸型催化剂。1.1.2杂多酸的结构 在多酸类物质中凡是含有杂原子的化合物别成为杂多酸。杂多酸中的杂原子的作用是作为配位原子，常见的有Mo、W、V、Nb、Ta等原子，其中最高价态的Mo和W最常见，因为在最高价态下它们具有d0、d1轨道。可以作为多酸类化合物的杂原子一共将近70种之多，其中包括第四周期的过渡元素、第五和第六周期的几乎全部过元素、还有少量的主族元素。杂多酸是以Mo6与Mo4为最基本结构单元，其中前者属于八面体构造，而后者属于四面体构造，这两类基本结构之间可以通过不同的连接方式而组成结构不同的杂多阴离子，连接方式可以有角、边或者面的共用。图1-1 常见杂多酸结构根据杂多酸中杂多原子不同和杂多酸的构造不同，常见杂多酸结构类型有六种，具体结构见图1-1。在这六种常见结构中最常见的是Keggin、Dawson结构，在众多杂多化合物中结构它们是最稳定的，同时这两类结构类型的杂多物质比较易于制备。 图1-2 常见已知
