聚α烯烃光催化降解的机理研究

doi:10.7503/cjcu20150660

高等学校化学学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (2): 316.doi: 10.7503/cjcu20150660

聚α烯烃光催化降解的机理研究

彭展南¹, 刘雪峰^1,²(), 林冠群¹

1. 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083
2. 北京科技大学现代交通金属材料与加工技术北京实验室, 北京 100083

收稿日期:2015-08-19 出版日期:2016-02-10 发布日期:2016-01-14
作者简介:联系人简介: 刘雪峰, 男, 博士, 教授, 主要从事纳米材料开发与应用研究. E-mail:liuxuefengbj@163.com
基金资助:
国家科技支撑计划项目(批准号: 2011BAE23B02)和中央高校基本科研业务费(批准号: FRF-TP-10-002B)资助

Study on the Mechanism of Photocatalytic Degradation of Poly(α-olefin)^†

PENG Zhannan¹, LIU Xuefeng^1,^2,^*(), LIN Guanqun¹

1. School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
2. Beijing Laboratory of Metallic Materials and Processing for Modern Transportation, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

Received:2015-08-19 Online:2016-02-10 Published:2016-01-14
Contact: LIU Xuefeng E-mail:liuxuefengbj@163.com
Supported by:
† Supported by the National Key Technology Support Program, China(No.2011BAE23B02) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China(No.FRF-TP-10-002B).

摘要/Abstract

摘要：

采用光催化微反应器对铜箔表面附着的聚α烯烃进行了光催化降解处理, 利用X射线光电子能谱(XPS)、电子自旋共振谱(ESR)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)等对光催化降解前后聚α烯烃的元素化学状态、自由基和官能团进行了检测, 并探讨了光催化降解机理. 结果表明, 聚α烯烃光催化降解过程中发生了含氧基团的引入和CO₂脱附; 参加降解反应的自由基主要为羟基自由基·OH, 降解过程中—OH逐渐增多、 C—H键逐渐减少; 聚α烯烃光催化降解过程中, ·OH进攻聚α烯烃是从取代反应开始的, 首先取代的是末端的氢原子, 然后是末端羟基向醛基和羧基的转变, 最后是碳链断裂形成小分子有机物, 这一过程持续进行, 最终生成CO₂和H₂O等无机物.

关键词: 聚α烯烃, 自由基, 官能团, 降解机理

Abstract:

Poly(α-olefin)(PAO, commonly used rolling base oil) attached to the surface of copper foil was degradated using photocatalytic microreactor. The chemical state, free radical and functional groups during the degradation process were detected by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), electron spin resonance spectroscopy(ESR) and Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR). At last, the photocatalytic degradation mechanism was discussed. The results show that the introduction of oxygen groups and the CO₂ desorption exist in the degradation process and the main free radical is hydroxyl radical(·OH). The degradation process is accompanied with the increase of —OH and the decrease of C—H bond. In the process of photocatalytic degradation of PAO, ·OH attacking polymer is from the beginning of substitution reaction, firstly, ·OH substituted the hydrogen atom of methyl group, then the formed —OH changes to carboxyl and aldehyde, and then small organic molecules are formed. This process continues and the polymer molecular chain become shorter and shorter and produce only CO₂, H₂O and other inorganic substances at last.

Key words: Poly(α-olefin)(PAO), Free radical, Functional group, Degradation mechanism

中图分类号:

O644

TrendMD:

彭展南, 刘雪峰, 林冠群. 聚α烯烃光催化降解的机理研究. 高等学校化学学报, 2016, 37(2): 316.

PENG Zhannan, LIU Xuefeng, LIN Guanqun. Study on the Mechanism of Photocatalytic Degradation of Poly(α-olefin)^†. Chem. J. Chinese Universities, 2016, 37(2): 316.

图/表 5

Fig.1 SEM image(A) and XRD pattern(B) of nanometer TiO2 thin film

Fig.2 Elemental atomic concentration before() and after() the photocatalytic degradation

Fig.3 High resolution XPS spectra of C1s(A, C) and O1s(B, D) before(A, B) and after(C, D) photocatalytic degradation

Fig.4 ESR spectrum of stable free radical formed by PAO

Fig.5 FTIR spectra of —OH(A, B) and —CH2(C) at different degradation time Time/h: a. 0; b. 1; c. 3; d. 6; e. 10.

参考文献 17

[1]	Cai R., Hashimoto K., Itoh K., Kubota Y., Fujishima A., Bull. Chem. Soc. Jpn., 1991, 64(4), 1268—1273
[2]	Cai R., Hashimoto K., Kubota Y., Fujishima A., Chem. Lett., 1992, 243(3), 427—430
[3]	Ju Y.C., Studies on Lubricity, Ecotoxicity of Environmental Friendly Lubricant and Evaluating Techniques, Tianjin University, Tianjin, 2003
	(居荫诚. 环境友好润滑油润滑性、生物毒性及其评定技术的研究, 天津: 天津大学, 2003)
[4]	Wang B., Lubrication and Application Properties of Two New Environmental Friendly Lubricants, Shanghai University, Shanghai, 2005
	(王彬. 两种新型环境友好润滑剂及其润滑性和应用性研究, 上海: 上海大学, 2005)
[5]	Goswami D. Y., J. Sol. Energy Eng., 1997, 119(2), 101—107
[6]	Linsebigler A. L., Lu G. Q., Yates J. T. Jr., Chem. Rev., 1995, 95(3), 735—758
[7]	Oda K., Ishizaka Y., Sato T., Eitoku T., Katayama K., Anal. Sci., 2010, 26(9), 969—972
[8]	Chen J. T., Li X. J., Yang Y., Wang L. Y., He M. X., Chinese J. Catal., 2004, 25(5), 397—402
	(陈俊涛, 李新军, 杨莹, 王良焱, 何明兴. 催化学报, 2004, 25(5), 397—402)
[9]	Wang W., Yuan Q., Chi Y., Shao C. L., Li N., Li X. T., Chem. Res. Chinese Universities, 2012, 28(4), 727—731
[10]	Briggs D., Surface Analysis of Polymers by XPS and Static SIMS, Cambridge University Press, New York, 1998, 27—46
[11]	Zhang Y. W., Tian J. Q., Li H. Y., Wang L., Qin X. Y., Asiri A. M., Al-Youbi A. O., Sun X. P., Langmuir, 2012, 28(35), 12893—12900
[12]	Martínez J. M. L., Rodríguez-Castellón E., Sánchez R. M. T., Denaday L.R., Buldain G. Y., Dall’Orto V. C., J. Mol. Catal. A: Chem., 2011, 339(1), 43—51
[13]	Qiu Z.W., Electron Spin Resonance Spectroscopy, Science Press, Beijing, 1980, 54—56
	(裘祖文. 电子自旋共振波谱, 北京: 科学出版社, 1980, 54—56)
[14]	Livngiston R., Zeldes H., J. Chem. Phys., 1966, 44(3), 1245—1259
[15]	Cheng X.R., Electron Spin Resonance Experiment Technology, Science Press, Beijing, 1986, 43
	(陈贤熔. 电子自旋共振实验技术, 北京: 科学出版社, 1986, 43)
[16]	Wang X., Li L., Chen N., Wang Q., Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(4), 813—817
	(王郗, 李莉, 陈宁, 王琪. 高等学校化学学报, 2012, 33(4), 813—817)
[17]	Wang D. D., Liu J. B., Chang H. B., Tang S. S., Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(9), 1975—1981
	(王丹丹, 刘俊渤, 常海波, 唐姗姗. 高等学校化学学报, 2014, 35(9), 1975—1981)

相关文章 15

[1]	楚宇逸, 兰畅, 罗二桂, 刘长鹏, 葛君杰, 邢巍. 单原子铈对弱芬顿效应活性位点氧还原稳定性的提升[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(9): 20220294.
[2]	邓红日, 曹晓梅, 王静波, 李象远. 多环芳烃与不饱和自由基氢提取反应类的动力学研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210563.
[3]	孙翠红, 吕立强, 刘迎, 王妍, 杨静, 张绍文. 硝酸异丙酯与Cl原子、 OH和NO₃自由基反应的机理及动力学[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210591.
[4]	温志国, 谯在银, 田冲, Borzov Maxim, 聂万丽. FLPs催化烯胺还原活性研究及反应机理探讨[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220555.
[5]	李伦, 张静妍, 罗静, 刘仁, 朱乙. UV/Vis-LED激发的香豆素吡啶鎓盐光引发剂的合成及性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220178.
[6]	程媛媛, 郗碧莹. ·OH自由基引发CH₃SSC $H 3 •$ ⁺自由基裂解反应机理的理论研究[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220271.
[7]	张晓斐, 刘佳鑫. 可见光诱导邻烯基甲酰苯胺环化合成2-喹啉酮[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(10): 20220274.
[8]	徐斐, 李港美, 韩松德, 王国明. 两种双核稀土配合物的光致变色和光磁效应[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(1): 20210337.
[9]	彭小明, 吴健群, 戴红玲, 杨展宏, 许莉, 许高平, 胡锋平. Ni-N-C单原子催化剂活化过硫酸盐降解苯酚[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2581.
[10]	刘思梅, 刘伟华, 鲁曼丽, 张文礼, 沈蓉芳, 王谋华. γ射线辐射医用级超高分子量聚乙烯自由基的演变[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2602.
[11]	魏红, 杨小雨, 李克斌, 郝淼, 付冉. 低功率超声增强碘帕醇氯氧化的效果和路径[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1863.
[12]	侯华, 王宝山. 六氟化硫替代气体绝缘强度的官能团加和理论方法[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3709.
[13]	王健羽, 张强, 闫文付, 于吉红. 羟基自由基在沸石分子筛合成中的作用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(1): 11.
[14]	邓亚奎, 袁媛, 陈于蓝. 多力响应基团聚合物合成的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(9): 1956.
[15]	徐文艺,冯乙巳. 2,3-丁二酮介导的CF₃SO₂Na与烯烃的氧化三氟甲基化反应[J]. 高等学校化学学报, 2020, 41(7): 1567.

聚α烯烃光催化降解的机理研究

Study on the Mechanism of Photocatalytic Degradation of Poly(α-olefin)^†

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 17

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

聚α烯烃光催化降解的机理研究

Study on the Mechanism of Photocatalytic Degradation of Poly(α-olefin)†

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 17

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

Study on the Mechanism of Photocatalytic Degradation of Poly(α-olefin)^†