掺Ag催化剂的制备及其在处理含酚废水中的应用研究

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对硝基苯酚(4-NP)是各种化学和制药工业中用于合成农药、药物和染料的一种常见和关键的化学物质。4-NP毒性高且在水中的稳定性强,对环境和人体健康有害,它不仅会刺激皮肤和眼睛,还会损害肝脏和血细胞。对氨基苯酚(4-AP)作为4-NP还原的产物,可用于制药工业生产扑热息痛、非那西丁等产品。因此,将4-NP还原为4-AP,不仅可以净化含酚废水,还可以产生附加值较高的产品。目前,银纳米颗粒(AgNPs)由于比表面积大,且相较于其他贵金属(如Au和Pd)成本较低,具有良好的物理和化学性质等特点,已被广泛应用于4-NP的还原反应。但银纳米颗粒在催化过程中容易团聚,催化性能也会因此大大降低。解决这个问题的一个非常有效的策略是将银纳米颗粒结合到不同的载体中。在不同的底物中掺入银纳米颗粒可以有效地减少它们之间的相互作用,从而减少银纳米颗粒的团聚,提高催化活性。近年来,聚合物、碳材料、氧化物和金属有机骨架(MOFs)等材料已被用作构建银基纳米粒子催化剂的常用载体。本文分别选择氧化锌和ZIF-67为基底材料掺杂AgNPs制备催化剂,并用于催化还原模拟含酚废水。(1)采用简易的一锅水热法,以ZnO为载体掺杂AgNPs。通过控制反应体系的pH值、AgNPs的掺入量以及不同水热温度,制备出不同状态Ag-ZnO纳米花状催化剂。根据催化Na BH4还原4-NP反应的效果,选择Ag-ZnO纳米花状催化剂的最佳制备条件为pH=7,AgNPs的掺入量为0.05 M,水热温度为160℃,此条件下制备的催化剂在8 min内可将4-NP全部催化还原成4-AP,且在第5次循环催化反应中仍能达到90%左右的催化率。(2)采用原位共沉淀法将AgNPs掺杂在ZIF-67上,实验采用水做溶剂,方法更简便且环保无污染。利用SEM、XRD和XPS对制备的催化剂进行表征,探究材料的形貌及元素组成等。以4-NP的还原反应为探针,测试制得的催化剂的催化性能,并使用紫外分光光度计监测反应过程,当使用Ag0.5/ZIF-67作催化剂时,催化速率为1.3038 min-1,优于ZIF-67(0.3641 min-1)、Ag0.25/ZIF-67(1.0651min-1)、Ag0.75/ZIF-67(0.9485 min-1)、Ag1/ZIF-67(0.7618 min-1)。Ag0.5/ZIF-67仅在1 min内可将4-NP全部催化还原成4-AP,且在第6次循环催化反应中仍达到90%以上的催化效率。(3)配制不同浓度、不同pH值的4-NP溶液来模拟含酚废水,分别测试Ag-ZnO和Ag0.5/ZIF-67在处理不同状态模拟含酚废水的催化效果,以及不同催化剂加投量对催化效果的影响。
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