两种铁基催化剂的制备及其催化降解有机污染物的性能研究

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工业的快速发展造成了严峻的水资源污染问题,水环境与人们的生存密切相关,因此水的污染问题已经成为了当今社会的焦点。在目前众多的水污染处理方法当中,高级氧化技术(AOPs)的应用最为广泛。地球上储备了大量的金属元素,铁金属是其中的一种,在材料应用方面有着无法替代的地位。铁基复合物具有制备简便,而且对环境没有危害,活性也比较优良,成本相对较低等优势,因此拥有很好的生产应用价值。本学位论文中,设计合成了磁性可回收的CuO/Fe3O4以及Fe3O4/MIL-101复合材料,分别用于AOPs体系降α解有α机污α染物,具体研究工作如下:(1)以K3[Fe(CN)6]和Cu(NO32·3H2O为前驱体,采用煅烧法(600℃)制得了纳米CuO/Fe3O4复合材料,并将其应用于类Fenton反应。XRD、SEM、XPS等表征结果显示,CuO/Fe3O4复合材料具有均匀的球形颗粒的形貌,颗粒大小为20nm。该纳米CuO/Fe3O4材料能够高效活化过一硫酸盐(PMS)深度矿化双酚A(BPA)。在给定的降解体系条件下(BPA为20ppm,PMS为0.3 mmol?L-1,CuO/Fe3O4用量为0.3 g?L-1,初始pH为6.0),CuO/Fe3O4-PMS体系在10 min内可以完全除去污染物BPA,30min内矿化率达97%,且降解效率和反应速率远远高于单一的CuO和Fe3O4体系,表现出显著的协同作用。自由基猝灭实验与电子自旋共振技术鉴定结果共同表明CuO/Fe3O4-PMS体系产生的主要活性物种为硫酸根自由基(SO4·-)还有少量的羟基自由基(·OH)。CuO/Fe3O4复合材料活化PMS降解双酚A的机理为:PMS首先与CuO/Fe3O4表面的铜和铁离子反应产生SO4·-自由基;Cu2+/Cu+氧化还原电位小于Fe3+/Fe2+,则表面生成的Cu+与Fe3+反应转化为Cu2+和Fe2+;SO4·-与H2O作用可进一步产生·OH;最后SO4·-和·OH将污染物降解和矿化。(2)以纳米Fe3O4、1,4-苯二甲酸、FeCl3·6H2O与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为前驱体,采用溶剂热法得到微米Fe3O4@MIL-101颗粒,将微米Fe3O4@MIL-101用于活化H2O2处理环境中的有毒污染物,用偶氮染料罗丹明B(RhB)作为该Fenton体系的目标污染物,详细探究了该材料的吸附性和Fenton活性。实验结果表明,构建的Fe3O4@MIL-101/H2O2体系在优化了的反应条件下(Fe3O4@MIL-101为0.3 g?L-1,H2O2浓度为30 mmol?L-1,温度为30℃,pH0值为6.0,RhB浓度为0.03 mmol?L-1),吸附30min平衡后,去除率达48%,加入H2O2开始反应15min,RhB去除率可达100%。该体系对RhB的快速降解得益于Fe3O4@MIL-101较高的类Fenton活性。
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