智能型聚合物包覆磁性纳米Fe3O4催化降解含酚废水研究

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酚类化合物是一种重要的化工原料,但是含酚废水严重的影响着人们的日常生活,危害人体健康,造成环境的严重污染。因此,对水中酚类化合物的治理已经成为环境工作者关注的焦点。   纳米Fe3O4应用于环境污染物降解的研究已经成为一个新的热点,纳米Fe3O4与普通Fe3O4相比,具有粒径小,比表面积大,表面能大等特点。近年来一些研究发现,Fe3O4具有类似于过氧化物酶的特性,可用其取代二价铁离子进行Fenton反应,不仅具有高催化活性,而且能够减少沉淀的生成。但是现有文献报道中提到的纳米Fe3O4的pH适用范围较窄,稳定性差,严重影响了其在工业上的推广应用。基于此,有必要进行相关的实验研究,以期合成出pH值适用范围广的催化剂材料。   本论文在中央高校基本科研业务费专项资金项目的资助下,对纳米Fe3O4的制备方法进行改进,制备了pH适应性范围广的纳米磁性催化剂以及pH敏感性聚合物包覆纳米Fe3O4,考察了其在类Fenton反应的应用,探讨了催化氧化反应的机理;论文的主要研究内容为:   1.用改进的化学共沉淀法制备了pH适应范围广的纳米磁性Fe3O4,运用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、振动磁强计(VSM)、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线能谱(EDS)等测试手段对纳米材料的形貌、结构和组成进行了表征。结果表明,制备出的纳米颗粒为Fe3O4,平均粒径为15nm,饱和磁化强度为57.41emu/g。   2.用制备的高pH适应性的纳米磁性Fe3O4(中性环境下,3h内COD的去除率可达70%)应用于苯酚的氧化降解,进行单因素实验,考察溶液初始pH、纳米Fe3O4投加量、苯酚初始浓度、温度等因素对反应的影响。优化类Fenton反应的使用条件。通过对溶液的pH值以及铁的溶出进行测定,考察自由基的作用,推断反应机理。   3.用接枝共聚法制备出pH敏感型聚合物包覆纳米Fe3O4,其中聚合物为羧甲基纤维素钠和丙烯酸的接枝共聚物(CMC-co-AA)。并将制备的纳米材料用于类Fenton反应,考察单因素变化的影响,发现经过包覆的纳米Fe3O4的pH适用范围和催化活性有所提高。对其进行表征,发现pH敏感型聚合物成功地包覆在纳米Fe3O4上,与未包覆纳米Fe3O4比,包覆型纳米Fe3O4呈现了较好的分散状态。在pH为2~12的范围内,聚合物呈现伸展状态,当pH小于2或者大于12时,聚合物呈现收缩状态。催化活性和pH适用范围均有所提高,在pH为9的碱性环境下,120min内对苯酚的转化率接近100%,COD的去除率为60%。
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