介孔分子筛/Fenton复合催化剂的制备及其降解有机污染物性能的研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:chueri1
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Fenton催化技术因为在水处理方面的高效性,自发现以来一直是环境学科的研究热点。均相Fenton技术早已被广泛用于难降解废水的预处理,但是也存在着适用pH范围窄、易产生大量铁泥沉淀等不足。近年来非均相Fenton催化技术因具有材料易得、二次污染低等优点已经替代均相技术成为Fenton催化研究的热点。但是非均相Fenton催化也同样存在两个瓶颈问题:催化剂的活性低和催化剂从反应液中分离困难。本文以介孔分子筛MCM-41作为非均相Fenton催化剂的载体,通过引入过渡金属等离子提高催化剂的活性,并通过设计具有磁性的核壳结构的复合催化剂,解决催化剂回收难的问题。论文的主要研究内容与成果如下:(1)利用室温共沉淀法,将双金属活性中心引入含铝介孔分子筛MCM-41材料中,制成了一种高效的含有Fe/Cu双催化中心的Fenton催化剂(Fe/Cu-Al-MCM-41)。通过对催化剂的分析测试表明,Fe/Cu金属离子的引入并未改变MCM-41载体规则的孔道结构,且金属活性中心高度分散在载体表面。这种催化剂与不含铝的单金属催化剂或双金属催化剂相比,具有优异的Fenton催化降解苯酚活性和良好的稳定性。在pH=4、60℃和0.049mol/L的H2O2投量的反应条件下,200mg/L的苯酚溶液的TOC去除效率高达47%。经Al负载后的复合催化剂对H2O2的利用率也明显提高。通过Zeta电位测定的结果发现,这种复合催化剂具有较高活性的原因是,在MCM-41表面负载Al后,载体表面的含氧官能团增多,使得H2O2向H2O和O2的分解得到抑制。XPS的研究表明,金属活性中心周围的电子云密度提高,造成H2O2在活性中心周围的吸附量增大,这也是催化剂活性提高的重要原因。(2)采用温和、简单的方法,合成了一种可通过外界磁场进行有效分离的磁性核壳结构介孔分子筛催化剂。在合成过程中,先利用柠檬酸钠对作为磁核的γ-Fe2O3进行表面改性,提高其在液相中的分散性,同时也考察柠檬酸钠改性液浓度对其分散的影响。随后,通过纳米组装技术将MCM-41介孔层包裹在磁核上,在550℃高温煅烧去除模板剂后,制得磁性介孔分子筛。通过在合成前驱液中投加铁盐,将Fe活性中心引入复合材料,制得一种新颖的磁性Fenton催化剂。(3)对磁性介孔催化剂的Fenton催化降解有机物的性能进行研究。通过对Fenton催化降解性能的考察,优化催化剂的合成工艺,进一步提高催化剂的稳定性和降低催化原料的使用量。结果表明,在磁核外部包裹一层极薄的SiO2中间层,可以使得磁性介孔分子筛更加稳定,同时研究降低磁性材料合成原料的使用量对材料形成的影响。最后,通过将TiO2引入磁性介孔载体中制得磁性光催化剂,证明该材料具有良好的光催化降解有机物的性能。
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