二氧化铅阳极电催化降解纤维素的研究-应用化学专业论文.docx

二氧化铅阳极电催化降解纤维素的研究 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。 关键词： 纤维素，降解，二氧化铅电极，电催化 ELECTROCATALYTIC DEGRADATION OF CELLULOSE ON LEAD DIOXIDE ANODE ABSTRACT Cellulose is one of the most abundant available renewable carbon sources. Cellulose is a highly crystalline polymer of D-anhydroglucopyranose units jointed together in long chains by β-1,4-glycosidic bonds. As the gradual depletion of oil and coal sources in the world, substitution of fossil energy by renewable resources is necessary, some researchers around world are interested in how to use cellulose effectively. Recently, there has been an increasing interest in the application of electrochemical (EC) methods for the treatment of organic materials in wastewater. In the electrocatalytic oxidation process, there is no any toxic substance produced, and the oxidation is effectively strong. So this method is called a green chemical method. In this paper, efforts have been made to depolymerize cellulose by electrochemical (EC) method at a mild reaction condition. The self - prepared Pb/PbO2 electrode was token as anode, two copper were cathodes. The experiment of cellulose degradation was performed in H2SO4 solution at 25°C, and the effects of the current density, reaction time as well as c