檸檬酸改性棉纖維鐵配合物的制備及其對(duì)染料的光催化降解作用*

崔桂新，董永春，王　鵬，李　冰，李　甫

(1.天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300387；3.中國(guó)紡織科學(xué)研究院 江南分院，浙江 紹興 312071)

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檸檬酸改性棉纖維鐵配合物的制備及其對(duì)染料的光催化降解作用*

崔桂新1,3，董永春1,2，王鵬1，李冰1，李甫1

(1.天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)紡織復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300387；3.中國(guó)紡織科學(xué)研究院 江南分院，浙江 紹興 312071)

使用工業(yè)化的軋-烘-焙工藝對(duì)棉織物進(jìn)行檸檬酸改性以引入羧基，然后與Fe3+進(jìn)行配位反應(yīng)制備檸檬酸改性棉纖維鐵配合物。在經(jīng)過(guò)SEM、FT-IR、DRS和TGA表征的基礎(chǔ)上，將檸檬酸改性棉纖維鐵配合物作為非均相Fenton反應(yīng)催化劑應(yīng)用于偶氮染料的降解反應(yīng)中，重點(diǎn)考察了其催化性能。結(jié)果表明，F(xiàn)e3+初始濃度和反應(yīng)溫度的提高均有利于檸檬酸改性棉織物與Fe3+之間的配位反應(yīng)，并能夠顯著增加配合物的鐵離子含量。檸檬酸改性棉纖維鐵配合物作為非均相Fenton反應(yīng)催化劑在暗態(tài)時(shí)能夠促進(jìn)偶氮染料的降解反應(yīng)，輻射光能明顯加強(qiáng)其催化活性，而增加其鐵離子含量或引入Cu2+具有進(jìn)一步改善其催化活性的作用。

棉纖維；檸檬酸改性；金屬配合物；Fenton反應(yīng)；染料降解

0　引　言

近年來(lái)纖維金屬配合物作為一類(lèi)重要的功能材料已經(jīng)受到人們的關(guān)注，其中改性聚丙烯腈(PAN)纖維[1-2]和改性聚四氟乙烯(PTFE)纖維[3]等與Fe3+反應(yīng)生成的配合物都能作為非均相Fenton反應(yīng)催化劑促進(jìn)水中染料等有機(jī)污染物的降解反應(yīng)。然而PTFE纖維、海藻纖維和蛋白質(zhì)纖維價(jià)格昂貴，而且PAN纖維和PTFE纖維需經(jīng)過(guò)復(fù)雜的改性反應(yīng)才能引入配位基團(tuán)[1,3]，這使催化劑的制備復(fù)雜化且成本提高，限制了其工業(yè)化開(kāi)發(fā)。此外，PAN纖維和PTFE纖維均為合成纖維，以此制備的催化劑使用后在環(huán)境中不易被降解。因此特別需要1種低成本且環(huán)境友好的纖維作為負(fù)載材料以制備具有工業(yè)化前景的非均相Fenton反應(yīng)催化劑。棉纖維是目前在紡織工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的天然纖維，具有成本低且物理機(jī)械性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。更重要的是，使用環(huán)保無(wú)毒的檸檬酸對(duì)棉纖維改性技術(shù)目前已工業(yè)化[4]，并且引入的羧基能與金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)[5]，這為工業(yè)化制備纖維金屬配合物非均相Fenton反應(yīng)催化劑提供了可能性。因此本文使用檸檬酸對(duì)棉織物進(jìn)行后整理引入羧基，然后將其與Fe3+反應(yīng)制備檸檬酸改性棉織物鐵配合物，最后并將其應(yīng)用于染料降解反應(yīng)中，重點(diǎn)考察其催化性能，這對(duì)于低成本和工業(yè)化的環(huán)境催化纖維材料的開(kāi)發(fā)具有實(shí)際意義。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1材料與試劑

本實(shí)驗(yàn)所使用的織物是采用經(jīng)過(guò)前處理的市售純棉平紋織物。檸檬酸、NaH2PO4、FeCl3·6H2O、CuSO4·5H2O和H2O2(30%)均為分析純?cè)噭嫉玖纤嵝约t88在使用前經(jīng)提純處理，其化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1　酸性紅88的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

NM-450實(shí)驗(yàn)軋車(chē)和DK-5E針板焙烘機(jī)(日本和歌山株式會(huì)社)，S-4800 型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(日本Hitachi 公司)、NM-560 傅立葉紅外光譜儀(美國(guó)Nicolet儀器公司)、VISTA-MPX型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó)Varian公司)、STA 409 PC型熱分析儀(德國(guó)NETZSCH公司)、Carry 500 型紫外-可見(jiàn)-近紅外分光光譜儀(美國(guó)Varian 公司)和SHY-2 旋轉(zhuǎn)水浴恒溫振蕩器(上海君竺儀器制造有限公司)以及自制水冷式光化學(xué)反應(yīng)器(實(shí)用新型專(zhuān)利號(hào):03275610.0)。

1.3檸檬酸改性棉織物金屬催化劑的制備

1.3.1檸檬酸對(duì)棉織物的改性反應(yīng)

將棉織物在含有10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))檸檬酸和5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaH2PO4的混合水溶液中浸漬5 min，并使用軋車(chē)對(duì)浸漬后的棉織物進(jìn)行處理以去除多余水分并保持軋余率為75%～80%。然后在80℃預(yù)烘5 min，最后在140℃焙烘1.5 min得到檸檬酸改性棉織物(簡(jiǎn)稱(chēng)CA-Cotton)。檸檬酸與棉纖維之間的反應(yīng)式如下所示[4]：

1.3.2檸檬酸改性棉織物金屬配合物的制備

(1)檸檬酸改性棉織物鐵配合物(Fe-CA-Cotton)：將精確稱(chēng)量的檸檬酸改性棉織物加入到規(guī)定濃度的FeCl3水溶液中，在一定溫度和攪拌條件下使它們進(jìn)行配位反應(yīng)，然后取出并使用蒸餾水反復(fù)沖洗至無(wú)氯離子后烘干備用。

(2)檸檬酸改性棉織物鐵銅雙金屬配合物(Fe-Cu-CA-Cotton)：制備方法與(1)相似,僅將上述FeCl3水溶液更換為FeCl3和CuSO4混合水溶液，其中的Fe3+離子和Cu2+離子的摩爾濃度比分別為1∶0、1∶3、1∶1、3∶1和0∶1，兩者的總濃度為0.1 mol/L。

1.3.3檸檬酸改性棉織物金屬配合物的表征

(1)金屬離子配合量測(cè)定：配位反應(yīng)完成后將金屬離子殘液和洗滌液收集定容，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定其中Fe3+和Cu2+濃度,并計(jì)算單位質(zhì)量配合物中金屬離子配合量(Fe3+和Cu2+的配合量分別以QFe和QCu表示)。

(2)配合物形貌分析：使用掃描電鏡觀測(cè)檸檬酸改性棉織物金屬配合物的表面形貌。

(3)化學(xué)結(jié)構(gòu)與光吸收性能分析：分別使用傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)、熱分析儀(TGA)和UV-Vis-NIR 分光光譜儀等分別對(duì)檸檬酸改性棉織物金屬配合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和紫外-可見(jiàn)漫反射光譜(DRS)進(jìn)行分析測(cè)定。

1.4染料降解反應(yīng)

將1.0 g檸檬酸改性棉織物金屬配合物浸入100 mL的酸性紅88濃度為0.05 mmol/L和H2O2濃度為3.0 mmol/L的水溶液中，然后將其置于光反應(yīng)器中在pH值=6和溫度為25℃以及光輻射(400～1 000 nm可見(jiàn)光：8.71 mW/cm2，365 nm 紫外光：0.465 mW/cm2)條件下進(jìn)行降解反應(yīng)。反應(yīng)一定時(shí)間后取出染料溶液少許，使用分光光度計(jì)在其最大吸收波長(zhǎng)(505 nm)處測(cè)定吸光度，并計(jì)算染料的脫色率

其中，A0和At分別為反應(yīng)初始和t時(shí)刻染料在最大吸收波長(zhǎng)處的吸光度值。

2　結(jié)果與討論

2.1CA-Cotton與Fe3+的配位反應(yīng)

將0.50 g的CA-Cotton分別浸入不同初始濃度的FeCl3水溶液中，使其在50℃與Fe3+進(jìn)行配位反應(yīng)并形成Fe-CA-Cotton，反應(yīng)過(guò)程中其QFe的變化如圖2所示。

圖2　Fe3+初始濃度對(duì)QFe值的影響

Fig 2 Effect of Fe3+ions initial concentration on QFevalues

圖2顯示，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，QFe值不斷提高并在反應(yīng)100 min后逐漸趨于平衡狀態(tài)，說(shuō)明水溶液中的Fe3+逐漸被固定于CA-Cotton的表面，這主要是因?yàn)镃A-Cotton表面羧基中的氧原子具有很強(qiáng)配位反應(yīng)能力[5]，可與Fe3+發(fā)生配位反應(yīng)。QFe值隨著Fe3+初始濃度的提高而增大，這主要?dú)w因于Fe3+初始濃度的提高會(huì)使得其與纖維表面羧基的接觸幾率增加，促進(jìn)了兩者之間的配位反應(yīng)，導(dǎo)致固定于纖維表面的Fe3+的數(shù)量變大。此外，反應(yīng)溫度也對(duì)Fe3+與CA-Cotton之間的反應(yīng)具有明顯的促進(jìn)作用(圖3)，主要原因是隨著反應(yīng)溫度的升高，纖維的溶脹性會(huì)增大，導(dǎo)致纖維表層羧基更易于暴露。而且反應(yīng)溫度升高也會(huì)使得Fe3+在水中的熱運(yùn)動(dòng)加劇，促使其向纖維表層擴(kuò)散和滲透，這些因素為兩者發(fā)生配位反應(yīng)提供了更多機(jī)會(huì)。

圖3　反應(yīng)溫度與QFe值的關(guān)系

2.3檸檬酸改性棉織物鐵配合物的表征

2.3.1SEM分析

從圖4可以看出，棉纖維在經(jīng)檸檬酸改性前表面存在較淺的褶皺，改性后這些褶皺加深。而經(jīng)Fe3+離子配位反應(yīng)后這些褶皺被泥狀物所覆蓋，并且表面呈現(xiàn)凹凸不平現(xiàn)象。這與改性PAN纖維[1]經(jīng)Fe3+配位反應(yīng)后的表面形貌較為相似。

圖4棉纖維(a)、CA-Cotton(b)和 Fe-CA-Cotton(c)的SEM圖

Fig 4 SEM images of cotton fiber(a),CA-Cotton(b)and Fe-CA-Cotton(c)

2.3.2FT-IR分析

圖5顯示，棉纖維的FT-IR譜線(xiàn)在3 340、2 900、1 316～1 431、1 033～1 061和905 cm-1處有明顯的特征峰，它們分別由于OH、CH、CO和C—O—C的伸縮振動(dòng)[6]以及CH2的彎曲振動(dòng)吸收所致。當(dāng)棉纖維經(jīng)過(guò)檸檬酸改性后(譜線(xiàn)(b))，出現(xiàn)一個(gè)位于1 720 cm-1的新吸收峰，它歸屬于羧基和酯基的特征吸收，這證明棉纖維大分子結(jié)構(gòu)中的羥基與檸檬酸發(fā)生了酯化反應(yīng)并生成了羰基[7]。值得說(shuō)明的是，在Fe-CA-Cotton的譜線(xiàn)(c)上發(fā)現(xiàn)位于1 720 cm-1的吸收峰幾乎消失，說(shuō)明CA-Cotton的羧基已經(jīng)與Fe3+發(fā)生了配位反應(yīng)。

圖5棉纖維(a)、CA-Cotton(b)和 Fe-CA-Cotton(c)的FT-IR譜圖

Fig 5 FT-IR spectra of cotton fiber(a),CA-Cotton(b)and Fe-CA-Cotton(c)

2.3.3DRS分析

從圖6可知，棉纖維和CA-Cotton的DRS譜線(xiàn)在200～300 nm范圍內(nèi)僅有微弱的吸收峰，而Fe-CA-Cotton在200～600 nm范圍內(nèi)存在很強(qiáng)的吸收譜帶。這說(shuō)明Fe3+離子的配位顯著地改善CA-Cotton的光吸收性能，不僅使其吸收強(qiáng)度大幅度增加，而且從紫外光區(qū)擴(kuò)展至可見(jiàn)光區(qū)。這主要是由于Fe3+的d-d電子躍遷和配合物中配體向Fe3+離子的荷移(LMCT)所致[8]。另一方面，由于O原子具有兩對(duì)孤對(duì)電子，有利于其形成金屬配合物的LMCT，使其產(chǎn)生較強(qiáng)吸收[9]。需要說(shuō)明的是，因?yàn)镕e-CA-Cotton對(duì)紫外光和可見(jiàn)光具有吸收特性，這為其作為太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的光Fenton反應(yīng)催化劑提供了可能性。

圖6棉纖維(a)、CA-Cotton(b)和 Fe-CA-Cotton(c)的DRS譜圖

Fig 6 DRS spectra of cotton fiber(a),CA-Cotton(b)and Fe-CA-Cotton(c)

2.3.4TGA分析

圖7顯示，棉纖維、CA-Cotton和 Fe-CA-Cotton的TGA譜線(xiàn)具有相似的變化趨勢(shì)。在約310℃之前隨著溫度升高其質(zhì)量損失率略有下降，這主要是因?yàn)槔w維中的水分蒸發(fā)所致。而在310～450℃范圍其質(zhì)量損失率急劇增加，主要原因是纖維素分子發(fā)生了劇烈的熱分解并可能產(chǎn)生揮發(fā)性氣體和焦炭。當(dāng)超過(guò)450℃后其質(zhì)量損失率緩慢變化并逐漸趨于平衡。值得注意的是，棉纖維、CA-Cotton和 Fe-CA-Cotton的初始降解溫度分別是320.2，311.9和316.9℃，說(shuō)明經(jīng)檸檬酸改性和鐵離子配位反應(yīng)后棉纖維的耐熱穩(wěn)定性幾乎沒(méi)有劣化。

圖7棉纖維(a)、CA-Cotton(b)和 Fe-CA-Cotton(c)的TGA譜圖

Fig 7 TGA curves of cotton fiber(a),CA-Cotton(b)and Fe-CA-Cotton(c)

2.4催化作用的判別

分別構(gòu)建5個(gè)不同的反應(yīng)體系：其中體系(i)是僅含有3.0 mmol/L H2O2的染料水溶液，體系(ii)為添加了1.0 g 的CA-Cotton的染料水溶液，體系(iii)是含有3.0 mmol/L H2O2和1.0 g 的CA-Cotton的染料水溶液，而體系(iv)和體系(v)則是含有3.0 mmol/L H2O2和1.0 g的Fe-CA-Cotton(QFe=0.41 mmol·g)的染料水溶液。然后將其置于光反應(yīng)器中，除體系(iv)在暗態(tài)條件下進(jìn)行反應(yīng)之外，其它體系均在光輻射條件下反應(yīng)，結(jié)果如圖8所示。

圖8　不同反應(yīng)體系中染料脫色率的變化

Fig 8 D% variation of dye in the different reaction system

從圖8可知，對(duì)于體系(i)、(ii)和(iii)，盡管反應(yīng)90 min 后染料脫色率稍有增加，但是均不及5%，這主要是由纖維對(duì)染料的有限吸附或H2O2對(duì)染料緩慢氧化所致。而在體系(iv)中脫色率隨反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增加且90 min時(shí)達(dá)到20%，說(shuō)明暗態(tài)時(shí)Fe-CA-Cotton對(duì)染料的氧化降解反應(yīng)具有催化作用，改性PAN 纖維鐵配合物[1]也有相似的催化特性。這是因?yàn)楦叻肿咏饘倥浜衔锏拇呋钚灾饕獩Q定于金屬離子與高分子配體配位的不飽和性，且高分子配體的空間位阻效應(yīng)有助于提高金屬離子配位的不飽和性，使形成的配合物具有更高的催化活性[10]。如反應(yīng)式1所示，CA-Cotton具有復(fù)雜的交聯(lián)分子結(jié)構(gòu)，因此在配位時(shí)纖維分子鏈的纏繞和卷曲會(huì)使配合物結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲或畸變，從而使其與Fe3+配位不飽和性增加而表現(xiàn)出催化性能。在體系(v)中脫色率大幅度提高，這證明光輻射能顯著促進(jìn)Fe-CA-Cotton的催化活性，這與其較強(qiáng)的光吸收特性有關(guān)(見(jiàn)圖5)。研究[11]表明，H2O2在負(fù)載Fe3+表面發(fā)生的分解反應(yīng)依賴(lài)于具有光活性的前驅(qū)體配合物的形成，負(fù)載Fe3+不僅可能會(huì)與H2O2反應(yīng)形成絡(luò)合物，而且更易被還原形成Fe2+，而輻射光的引入將有利于這個(gè)反應(yīng)的進(jìn)行。另外的研究[12]說(shuō)明，當(dāng)?shù)孜锖洼椛涔獯嬖跁r(shí)負(fù)載Fe3+與H2O2形成絡(luò)合物并發(fā)生分解反應(yīng)，在使底物降解的同時(shí)負(fù)載Fe3+也被還原成Fe2+并通過(guò)Fenton反應(yīng)使H2O2分解為·OH自由基。因此推測(cè)在本研究中Fe-CA-Cotton可作為具有光活性的“前驅(qū)體”，在輻射光條件下能促進(jìn)H2O2分解生成更多的·OH自由基，在導(dǎo)致染料降解同時(shí)使負(fù)載于纖維表面的Fe3+被轉(zhuǎn)化為Fe2+。這個(gè)過(guò)程可通過(guò)反應(yīng)式(2)-(5)進(jìn)行描述。再者，當(dāng)反應(yīng)體系受到光輻射時(shí)，吸附于Fe-CA-Cotton表面的偶氮染料被激發(fā)并給出電子，而在其表面的Fe3+接受電子被還原為Fe2+，也可促進(jìn)Fe3+/Fe2+之間的催化循環(huán)反應(yīng)[2]，有利于染料氧化降解反應(yīng)，參見(jiàn)反應(yīng)式(6)。

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

2.5催化劑中鐵離子含量的影響

分別將具有不同QFe值的Fe-CA-Cotton加入含有3.0 mmol/L H2O2的染料水溶液中，使其在光輻射條件下進(jìn)行降解反應(yīng)，測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中染料濃度的變化，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行假一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合處理以計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)(k)，結(jié)果參見(jiàn)圖9。從圖9發(fā)現(xiàn)，當(dāng)QFe為零時(shí)k值僅為8.0×10-4min-1，而當(dāng)QFe為0.13 mmol/g時(shí)其提高至2.01×10-2min-1，說(shuō)明Fe-CA-Cotton表面Fe3+的存在使其催化活性明顯提高。隨著QFe值不斷增加，染料降解反應(yīng)速率常數(shù)逐漸提高，表明其Fe3+含量對(duì)其催化作用的發(fā)揮具有關(guān)鍵性的作用。這是因?yàn)镕e3+含量的提高會(huì)增加催化劑表面的活性中心，更多地吸附H2O2分子并使之分解產(chǎn)生·OH自由基，導(dǎo)致更多的染料發(fā)生降解。

圖9　QFe值與k值之間的關(guān)系

2.6Cu2+作為助金屬離子的影響

研究表明,負(fù)載鐵催化劑的活性通常可通過(guò)引入Cu2+離子作為助金屬離子而得到改善[2]。因此本文使用不同摩爾濃度的Fe3+離子和Cu2+離子與CA-Cotton反應(yīng)制備了五種不同的CA-Cotton鐵銅雙金屬配合物，并將其應(yīng)用于染料降解反應(yīng)中，計(jì)算染料降解反應(yīng)60 min的脫色率(D60%)和假一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)(k)，結(jié)果列于表1。

表1Fe3+與Cu2+摩爾比對(duì)染料降解反應(yīng)的影響

Table 1 Effect of molar ratio of Fe3+/Cu2+on dye degradation

Fe3+/Cu2+配合物k(×10-2min-1)D60%1∶0Fe-CA-Cotton2.8183.853∶1Cu-Fe-CA-Cotton(i)8.9198.721∶1Cu-Fe-CA-Cotton(ii)9.2899.191∶3Cu-Fe-CA-Cotton(iii)3.5391.780∶1Cu-CA-Cotton0.159.464

表1顯示，當(dāng)鐵銅雙金屬配合物存在時(shí)染料的D60%和k值均比單金屬配合物存在時(shí)高，其中以反應(yīng)體系中Fe3+和Cu2+的摩爾比為1∶1和3∶1時(shí)兩者達(dá)到最高，分別超過(guò)98%和8.91×10-2min-1，這說(shuō)明Cu2+作為助金屬離子對(duì)Fe-CA-Cotton的催化活性具有顯著的改善作用。主要原因至少包括兩個(gè)方面：其一是Cu2+的Jahn-Teller 效應(yīng)會(huì)加劇配合物結(jié)構(gòu)的畸變現(xiàn)象，導(dǎo)致其配位不飽和性增加[3]，使其催化活性變大。其二是Fe3+和Cu2+在配合物中的協(xié)同效應(yīng)。這可解釋為吸附于Cu-Fe-CA-Cotton表面的H2O2分子通過(guò)在光輻射時(shí)的類(lèi)Fenton反應(yīng)能實(shí)現(xiàn)Fe3+/Fe2+之間的循環(huán)轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生·OH。同時(shí)生成的Fe2+可與Cu2+反應(yīng)并生成Cu+和Fe3+(見(jiàn)反應(yīng)式(8))，以加速Fe3+/Fe2+和Cu2+/Cu+之間的轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致在反應(yīng)中產(chǎn)生更多的·OH[2]。

Fe2+/CA-Cotton+Cu2+/CA-Cotton

(8)

3　結(jié)　論

(1)SEM和FTIR的分析表明，使用軋-烘-焙工藝對(duì)棉織物進(jìn)行檸檬酸改性能夠引入羧基，并且其與Fe3+進(jìn)行配位反應(yīng)生成了檸檬酸改性棉纖維鐵配合物。Fe3+初始濃度和反應(yīng)溫度的提高均有利于檸檬酸改性棉織物與Fe3+之間的配位反應(yīng)，并顯著增加檸檬酸改性棉纖維鐵配合物的鐵離子含量。

(2)DRS和TGA分析顯示，經(jīng)Fe3+離子配位反應(yīng)后檸檬酸改性棉纖維的光吸收性能明顯改善，不僅表現(xiàn)為吸收強(qiáng)度大幅度增加，而且從紫外光區(qū)擴(kuò)展至可見(jiàn)光區(qū)。此外，經(jīng)檸檬酸改性和Fe3+離子配位反應(yīng)后，棉纖維的耐熱性能幾乎未發(fā)生變化。

(3)檸檬酸改性棉纖維鐵配合物能夠作為非均相Fenton反應(yīng)催化劑在暗態(tài)時(shí)促進(jìn)偶氮染料的降解反應(yīng)，輻射光能明顯加強(qiáng)其催化活性，而增加其鐵離子含量或引入Cu2+具有進(jìn)一步改善其催化活性的作用。

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Preparation of Fe-citric acid modified cotton fiber complex and their catalytic effect for dye degradation

CUI Guixin1,3,DONG Yongchun1,2,WANG Peng1,LI Bing1,LI Fu1

(1.School of Textiles,Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387,China; 2.Key Laboratory of Advanced Textile Composites,Ministry of Education,Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387,China; 3.Jiangnan Branch,China Textile Academy,Shaoxing 312071,China)

Cotton woven fabric was firstly modified with citric acid by a conventional pad-dry-cure process,and then coordinated with Fe3+ions to prepare a Fe-citric acid modified cotton fiber complex.After the characterizing by SEM,FT-IR,DRS and TGA,catalytic performance of the complex was evaluated as a heterogeneous Fenton catalyst for the degradation of azo dye in water.The results indicated that Fe3+ion initial concentration and temperature enhanced the coordination of citric acid modified cotton fiber and Fe3+ions and significantly increased the Fe ion content of the resulting complex.Dye degradation was significantly accelerated by the presence of the complex as a heterogeneous Fenton catalyst in the dark.The catalytic performance of the complex was improved under light irradiation.Additionally,it catalytic activity was further promoted by increasing the Fe content or introduction of Cu2+ions.

cotton fiber; citric acid modification; metallic complex; Fenton reaction; dye degradation

1001-9731(2016)09-09197-05

天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目(11JCZDJC24600)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2020773093)

2015-12-02

2016-04-05 通訊作者：董永春，E-mail:teamdong@sina.cn

崔桂新(1978-)，女，內(nèi)蒙古通遼人，在讀博士，師承董永春教授，從事紡織化學(xué)與環(huán)保技術(shù)。

TQ342.31

ADOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.09.038