论文摘要
接触辉光放电电解属于非法拉第电解过程,其中等离子体由电极和电解质液面之间的直流辉光放电来维持。当两极间的电压足够高时,常规电解自动转化为辉光放电电解,从而产生等离子体。等离子体中的某些高活性组分如H·、·OH、H2O2、e-aq、HO2·很容易被输送到电极附近的溶液中,为各种类型的溶液化学反应提供高能活性粒子。本论文共分七部分,较为详细地研究了接触辉光放电等离子体的产生、引发聚合以及在废水处理中的应用。（1）简要介绍了等离子体的特征和低温等离子体的产生方法,详细叙述了接触辉光放电等离子体的产生与温度、搅拌速度、电极材料以及电极几何形状等多种因素之间的关系。该技术在废水处理、化学合成和聚合等方面的应用业已取得了较好的效果。此外,本章还介绍了常用的聚合方法和技术,特别是等离子体引发聚合及其应用。分析表明,接触辉光放电电解等离子体比较适于引发悬浮聚合、乳液聚合和水溶液聚合。（2）考察了辉光放电电解过程中电流-电压曲线的特征以及不同放电阶段出现的物理现象与化学效应,分析了溶液电导率、电极极性对电流-电压曲线的影响。用高效液相色谱测定了·OH和·H的浓度,用氧化还原滴定法测定了H2O2的浓度。根据实验数据计算了在不同放电电压、溶液的电导率和pH下三种高能活性粒子的生成速率常数。测定了H2O2的产量,结果表明,H2O2的实际产量高于依据法拉第定律计算的产量。采用4-硝基酚作为目标污染物,叔丁醇作为自由基捕获剂,研究了活性粒子在降解有机污染物中所起的作用。（3）提出了一种高效绿色合成方法,即用接触辉光放电等离子体取代了化学引发剂,在水体系中成功地合成了聚甲基丙烯酸甲酯。所得聚合物的数均分子量高达1.12×106,分子量分布指数低至1.21。研究了放电电压、放电时间、单体浓度、分散剂用量、聚合温度、后聚合时间等因素对转化率、平均分子量及其分布的影响。研究表明,分子量的大小及分布可以通过放电参数和聚合条件加以控制。用红外光谱、1H NMR、冷场发射电子显微镜和热重分析仪等技术表征了由等离子体引发和引发剂引发所制得的两种聚合物。结果表明,两种方法合成的聚合物具有相似的红外光谱和1H NMR,且热稳定性好。但聚合物的形貌不同,用化学引发剂引发制备的聚合物颗粒较大（0.5～1 m）,而用等离子体引发制备的聚合物颗粒较小（0.20.5 m）。接触辉光放电等离子体引发聚合符合一级动力学特征,但存在明显的诱导期。对制备的聚甲基丙烯酸甲酯的应用进行了初步探讨。（4）用等离子引发悬浮聚合制备了甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯的共聚物,并用多种仪器对其进行了表征。考察了放电电压、放电时间、单体浓度、聚合温度、后聚合时间和氧气等因素对转化率、平均分子量及其分布的影响。得到共聚物的数均分子量为2.26×105,分子量分布指数为1.78。讨论了接触辉光放电等离子体引发聚合的机理和动力学特征。结果表明,等离子体引发悬浮聚合对单体呈一级动力学特征,遵循自由基聚合机理。（5）研究了接触辉光放电等离子体引发乳液聚合制备聚甲基丙烯酸甲酯的方法,考察了放电电压、放电时间、单体浓度、乳化剂用量、聚合温度、后聚合时间等因素对转化率、平均分子量及其分布的影响。所得聚合物的数均分子量较高,分子量分布较窄。用GPC、FT-IR、1H NMR、FESEM和TG-DTA对聚合物进行了表征,结果表明,接触辉光放电等离子体引发乳液聚合制备的聚甲基丙烯酸甲酯以间规立构为主,热稳定性较高,聚合物为球形颗粒,直径约为0.51 m。（6）研究了一种在水溶液中合成聚（丙烯酸-丙烯酰胺）/蒙脱土超强吸水性复合材料的新方法,该方法合成的超强吸水性复合材料对蒸馏水的吸水率约为1024 g/g、对0.9%NaCl溶液的吸水率为56 g/g。详细考察了影响吸水性的各种重要参数,例如,放电电压、放电时间、单体配比、丙烯酸的中和度、以及交联剂和蒙脱土的用量。用FT-IR、SEM、TEM和TGA对超强吸水性复合材料进行了表征,结果表明,蒙脱土和聚合物能有效结合,且辉光放电等离子体引发制备的超强吸水性复合材料的吸水性、保水性和热稳定性均优于同样条件下用化学引发剂引发制得的高吸水性复合材料。（7）对接触辉光放电等离子体降解儿茶酚进行了研究,利用紫外光谱和高效液相色谱监测了降解过程,并确定了中间产物。结果表明,溶液的初始pH、初始浓度、放电电压、搅拌速度等因素对降解效果有较大影响,特别是Fe2+对降解有显著的催化作用。所提出的儿茶酚降解的动力学模型,能够较准确地预测儿茶酚降解的速率和降解率。讨论了儿茶酚降解的机理,研究表明,质传递是整个降解过程的决速步骤。从热力学的角度分析了降解过程,结果表明,接触辉光放电等离子体能有效地用于废水处理,但能量效率还需要进一步提高。
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摘要Abstract第一章 综述1.1 等离子体的性质和产生1.2 接触辉光放电等离子体1.2.1 接触辉光放电等离子体的产生1.2.2 接触辉光放电等离子体的化学效应1.2.3 接触辉光放电电解的非法拉第特性1.2.4 接触辉光放电等离子体的应用1.3 高分子合成方法与技术1.3.1 聚合方法1.3.2 聚合新技术1.4 本研究的意义和主要内容1.5 本研究的创新点参考文献第二章 试剂与仪器2.1 主要试剂2.2 基本仪器2.3 表征手段第三章 接触辉光放电等离子体中活性粒子的产生及其检测3.1 前言3.2 实验部分3.2.1 实验装置3.2.2 接触辉光放电电解3.2.3 过氧化氢的测定3.2.4 羟基自由基和氢自由基的测定3.2.5 4-硝基酚的测定3.3 结果与讨论3.3.1 接触辉光放电电解的电流-电压曲线2O2、·OH 和·H 的生成'>3.3.2 H2O2、·OH 和·H 的生成3.3.2.1 放电电压的影响3.3.2.2 溶液电导率的影响3.3.2.3 初始pH 的影响3.3.2.4 辉光放电电解装置的影响3.3.3 活性粒子的生成速率常数3.3.4 活性粒子对4-硝基酚降解的影响3.3.5 接触辉光放电电解的非法拉第特性3.4 结论参考文献第四章 接触辉光放电等离子体引发悬浮聚合制备聚甲基丙烯酸甲酯及其动力学研究4.1 前言4.2 实验部分4.2.1 实验装置4.2.2 PMMA 的制备3Phen/PMMA 复合膜的制备'>4.2.3 Eu（DBM）3Phen/PMMA 复合膜的制备4.3 结果与讨论4.3.1 影响因素4.3.1.1 放电电压的影响4.3.1.2 放电时间的影响4.3.1.3 单体浓度的影响4.3.1.4 聚乙烯醇浓度的影响4.3.1.5 聚合温度的影响4.3.1.6 后聚合时间的影响4.3.2 表征4.3.2.1 分子量测试4.3.2.2 红外光谱1H NMR 谱'>4.3.2.31H NMR 谱4.3.2.4 形貌分析4.3.2.5 热稳定性4.3.3 聚合动力学4.3.4 应用4.4 结论参考文献第五章 接触辉光放电等离子体引发悬浮聚合制备聚甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯及其机理研究5.1 前言5.2 实验部分5.3 结果与讨论5.3.1 影响因素5.3.1.1 放电电压的影响5.3.1.2 放电时间的影响5.3.1.3 单体浓度的影响5.3.1.4 聚合温度的影响5.3.1.5 后聚合时间的影响5.3.1.6 聚合氛围的影响5.3.2 表征5.3.2.1 GPC 曲线5.3.2.2 FT-IR 分析1H NMR 分析'>5.3.2.31H NMR 分析5.3.2.4 SEM 分析5.3.2.5 热重-差热分析5.3.3 聚合动力学5.3.4 聚合机理5.4 结论参考文献第六章 接触辉光放电等离子体引发乳液聚合制备聚甲基丙烯酸甲酯及其表征6.1 前言6.2 实验部分6.3 结果与讨论6.3.1 影响因素6.3.1.1 放电电压的影响6.3.1.2 放电时间的影响6.3.1.3 单体浓度的影响6.3.1.4 乳化剂的影响6.3.1.5 聚合温度的影响6.3.1.6 后聚合时间的影响6.3.2 表征6.3.2.1 GPC 曲线6.3.2.2 红外光谱测试1H NMR 测试'>6.3.2.31H NMR 测试6.3.2.4 SEM 分析6.3.2.5 热重-差热分析6.4 结论参考文献第七章 接触辉光放电等离子体引发溶液聚合制备高吸水性复合材料及其性能测试7.1 前言7.2 实验部分7.2.1 超强吸水性复合材料的制备7.2.2 吸水倍率的测定7.2.3 保水率的测定7.3 结果与讨论7.3.1 反应条件对吸水性能的影响7.3.1.1 放电电压对吸水率的影响7.3.1.2 放电时间对吸水率的影响7.3.1.3 单体质量比对吸水率的影响7.3.1.4 中和度对吸水率的影响7.3.1.5 交联剂用量对吸水率的影响7.3.1.6 蒙脱土用量对吸水率的影响7.3.2 高吸水性复合材料的表征7.3.2.1 FT-IR 分析7.3.2.2 SEM 分析7.3.2.3 TEM 分析7.3.3 高吸水性复合材料的性能7.3.3.1 吸水能力7.3.3.2 保水能力7.3.3.3 热稳定性7.4 结论参考文献第八章 接触辉光放电等离子体降解水溶液中儿茶酚的动力学和热力学研究8.1 前言8.2 实验部分8.2.1 实验装置8.2.2 接触辉光放电电解8.2.3 儿茶酚及降解产物的检测8.3 结果与讨论8.3.1 辉光放电等离子体降解儿茶酚的紫外光谱8.3.2 降解过程中溶液pH 的变化8.3.3 降解条件的优化8.3.3.1 初始pH 的影响8.3.3.2 放电电压的影响8.3.3.3 初始浓度的影响8.3.3.4 搅拌速度的影响8.3.3.5 催化剂的影响8.3.4 儿茶酚降解的动力学8.3.4.1 反应级数的确定8.3.4.2 动力学模型8.3.5 儿茶酚降解的机理8.3.6 儿茶酚降解的热力学8.4 结论参考文献攻读博士期间取得的科研成果致谢
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