Cu2S/Cu2O改性纳米铁的制备及其在有机污染废水处理中的应用

来源 :齐鲁工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chunyu1988
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随着科技的发展和社会的进步,氯酚类污染物逐渐进入到人们的生活中,由于其具有三致作用、持久性强和生物蓄积性等特点,因此对氯酚类污染物的去除刻不容缓。因纳米零价铁具有比表面积大、颗粒粒径小、反应速率快等特点,近年来,在处理有机污染物方面被广泛关注,但因为其又有易团聚、易形成氧化层等问题,使得在实际应用方面具有不容忽视的局限性。同时,高级氧化技术因为可以产生具有强氧化能力的自由基而被人们所熟知,AOPs也被认为是去除氯酚类污染物的有效方式之一。如何提高纳米零价铁的稳定性,使其在实际的生产生活中运用并得以推广是当前重要的研究问题,这项研究就是针对纳米零价铁所存在的问题,对其进行改性研究。在本文的研究中,使用液相还原法合成纳米零价铁,负载于膨润土,沉积金属铜并对其进行硫化处理,制得新型纳米零价铁材料(Cu2S/Cu2O@nZVI-B)。结果表明,nZVI、铜及其硫化物成功负载在膨润土上。通过设计对比试验,清晰的展现了改性后的纳米零价铁较于其他材料在去除2,4-二氯苯酚时明显的优势,并通过对2,4-二氯苯酚降解效率的展示,得出当Cu2S:Cu2O的比例为1:1时,合成的Cu2S/Cu2O@nZVI-B材料具有对2,4-二氯苯酚最佳的处理效果。为进一步研究其在不同的环境条件下对2,4-DCP的去除效率的不同,进行了2,4-DCP的降解实验,为此设置了硫化程度、Cu2S/Cu2O@nZVI-B投加量、初始pH值、2,4-DCP初始浓度、过氧化氢剂量、共存阴离子、光照的实验进一步说明新型材料对2,4-DCP去除效率的影响。实验结果表明,2,4-DCP初始浓度为30 mg/L,硫化比例为1:1的材料,投加量为2.0 g/L,初始pH为4.0,H2O2投加剂量为0.65 m M,反应时间为120min的初始条件下,光照时2,4-DCP的去除效率几乎可以达到100%。共存阴离子对2,4-DCP的去除效率影响差异比较明显,碳酸氢根离子对2,4-DCP的降解效率呈现促进作用,硝酸根离子、硫酸根离子和过磷酸钙离子对2,4-DCP的降解效率呈现抑制作用。通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见光漫反射、光化学性能以及比表面积等表征手段对Cu2S/Cu2O@nZVI-B的晶体结构、结合能、表面形态、光吸收性能、阻抗、电子共振自旋、比表面积、孔径分布等进行了测试,测试结果得出制备后的材料使铜沉积到纳米铁并负载于膨润土上,在Cu2S/Cu2O@nZVI-B的表面存在硫化亚铜和氧化亚铜的衍射峰,这与开始的预测一致;由于铜的沉积和膨润土的加入,使得纳米零价铁材料分布更加均匀且团聚现象不明显;并且由于铜的加入提高了比表面积,并证明了Cu2S/Cu2O@nZVI-B具有光催化性能;并且通过自由基的测试,可以得出降解反应过程中会产生h+、·OH、·O2-具有强氧化能力子的自由基。在VL/H2O2/Cu2S/Cu2O@nZVI-B的体系中,存在具有强氧化性的羟基自由基及过氧基阴离子等强氧化剂,同时光照下Cu2O导带中的电子被激发并转移到Cu2S的导带中,有效地抑制了光诱导电子和空穴的复合;h+从Cu2S的价带向与Cu2O相反的方向转移,其累积的h+直接参与了有机污染物的分解过程,进一步生成羟基自由基,从而对2,4-DCP的去除有明显的促进作用;整个反应过程中,还伴随着吸附作用的发生。最后,本研究对新型纳米零价铁材料的制备机理和对2,4-DCP的降解机理进行了分析总结。
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