Fe3O4@生物炭磁性材料光-类Fenton降解水中盐酸四环素

以玉米秸秆为生物炭原料,在600℃高温缺氧条件下煅烧成炭,并利用共沉淀法在其上负载Fe_3O_4,制得Fe_3O_4@玉米秸秆炭磁性非均相芬顿催化剂。运用XRD、SEM、EDS和TEM技术对材料进行表征,研究其在不同条件下光-类Fenton协同催化降解水中盐酸四环素的性能,考察材料的磁性回收能力和催化稳定性。结果表明,Fe_3O_4纳米颗粒均匀覆盖在炭载体表面,整体形貌上保持玉米秸秆通道状多孔结构。初始pH=7条件下降解盐酸四环素的最佳参数为:溶液初始过氧化氢量为10 mmol/L、Fe_3O_4@玉米秸秆炭催化剂投加量为0.3 g/L、反应时间为60 min。材料具有pH为3～7的适用范围和磁性回收能力。催化剂稳定性强,进行5次重复实验后仍可保持98%的降解率。     

纳米Fe3C/炭纤维非均相电芬顿降解二甲基砷的研究

针对结构稳定且难以靠常规方法去除的二甲基砷,制备新型负载Fe_3C纳米粒子的炭纤维催化剂,并对其非均相电芬顿降解二甲基砷进行了研究.结果表明,纳米Fe_3C/CF与阴极产生的H2O2发生电芬顿催化反应产生羟基自由基将二甲基砷降解为一甲基砷和As(V),As(V)可被同步吸附在Fe_3C/CF催化剂表面.通过考察电催化过程中初始p H、反应物初始浓度、电流强度和催化剂投加量等因素对催化氧化DMA效果的影响,表明在初始p H为3,二甲基砷初始浓度为5 mg·L~(-1),Fe_3C/CF投量为500 mg·L~(-1)的最佳条件下,经非均相电芬顿反应360 min后,二甲基砷去除率高达96%.     

响应面法优化纳米Fe_3O_4/CaO_2处理含PAEs废水的研究

以邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)4种邻苯二甲酸酯(PAEs)模拟废水为处理对象,采用纳米四氧化三铁(Fe_3O_4)与过氧化钙(CaO_2)组成新型非均相类芬顿试剂,研究纳米Fe_3O_4投加量、CaO_2投加量和初始pH值对模拟废水中4种PAEs去除率的影响,并采用响应面法对反应条件进行了拟合与优化。结果表明:纳米Fe_3O_4/CaO_2反应体系能有效降解模拟废水中4种PAEs,其中CaO_2对废水中DMP和DEP具有较强的降解能力,纳米Fe_3O_4可以显著强化CaO_2对废水中BBP和DBP的降解作用;纳米Fe_3O_4/CaO_2反应体系可在初始pH值为中性条件下降解模拟废水中4种PAEs;当纳米Fe_3O_4∶CaO_2∶PAEs摩尔比为2∶5∶1、溶液初始pH值为5时,模拟废水中DMP、DEP、BBP、DBP的平均去除率分别为94.6%、95.7%、68.2%和68.7%。     

纳米级Fe3O4-Pd/Fe复合材料催化脱氯2,4-D研究

采用共沉淀法制备纳米级Fe_3O_4,将其包覆在纳米Pd/Fe颗粒表面制成纳米级Fe_3O_4-Pd/Fe复合材料,并用于2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)的催化脱氯.同时,采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等方法对复合材料的结构进行分析,并考察了初始pH、钯化率、反应温度、纳米Fe_3O_4投加量等实验参数对n Fe_3O_4-Pd/Fe复合材料催化脱氯2,4-D的影响.结果发现,纳米Fe_3O_4粒径小于Pd/Fe纳米颗粒,具有一定的磁性,包覆于纳米Pd/Fe表面,提高了纳米材料的稳定性及分散性,并有利于复合材料的回收和循环利用.此外,纳米Fe_3O_4具有一定的导电性,可作为良好的电子通道为纳米Pd/Fe颗粒传递电子,促进反应的进行,增强2,4-D的去除效果.实验结果表明,较高的钯化率、反应温度、Fe_3O_4∶Fe质量比及中性pH条件均有利于反应的进行.当纳米Fe投加量为1.0 g·L-1,m(Fe_3O_4)∶m(Fe)为1∶1,初始pH为7.0,钯化率为0.15%,反应温度为25.0℃时,反应90 min后,40.0 mg·L-1的2,4-D的去除率达到100%,苯氧乙酸(PA)的生成率达99.8%.     

粉煤灰基催化剂在环境污染物治理方面的应用

粉煤灰是燃煤电厂产生的大批量固体废弃物,粉煤灰的综合利用不仅限于硅、铝和铁等有价元素的回收,混配水泥混凝土用于铺建道路,粉煤灰还可作为多种催化剂的载体材料用于环境污染物的治理。文章调研了近10 a内粉煤灰作为载体材料负载光催化剂和构建(类)芬顿催化剂的科技文献,详细评述了具有代表性的TiO_2光催化剂的粉煤灰负载、利用粉煤灰组分Fe_2O_3构建(类)芬顿催化体系的研究工作,对各类污染物的降解处理效果给予综合评价,并对未来粉煤灰在催化剂负载应用研究方面提出了展望。     

纳米级Pd/Fe-MWCNTs-Fe3O4体系对2,3-DCB的降解研究

为有效抑制纳米级Pd/Fe颗粒的团聚和钝化及改善磁分离效果,以多壁碳纳米管(MWCNTs)和磁性纳米级Fe_3O_4颗粒为载体,在超声波辐照下利用液相还原法制备纳米级Pd/Fe-MWCNTs-Fe_3O_4颗粒,并采用XRD、TEM、SEM、EDX及BET表征其物性,最后以2,3-二氯联苯(2,3-DCB)为目标污染物,探究其对2,3-DCB还原脱氯的影响因素、降解机理和动力学.结果表明:制备的纳米级颗粒粒径均匀、分散性好、比表面积大;体系中纳米级Pd/Fe投加量、钯化率、纳米级Fe_3O_4投加量、MWCNTs投加量、反应温度、溶液初始pH及共存阴离子均会对2,3-DCB的降解效果产生明显影响;本研究推测出纳米级Pd/Fe-MWCNTs-Fe_3O_4体系对2,3-DCB的降解机理,发现其降解符合拟一级动力学关系.     

纳米Fe_3O_4负载聚苯胺对染料的协同催化降解

通过Hemin催化聚合苯胺工艺在纳米Fe_3O_4上负载导电聚合物聚苯胺(PANI),制备得到了具有高效催化活性的异相类Fenton反应用的催化剂PANI@Fe_3O_4.研究了PANI@Fe_3O_4/H_2O_2体系中罗丹明B(RhB)浓度、H_2O_2浓度、PANI@Fe_3O_4投加量、pH值以及·OH捕获剂对RhB降解的影响.结果表明,对于400mg/L的RhB溶液,当催化剂投加量为0.5g/L,H_2O_2浓度为0.04mol/L时,PANI@Fe_3O_4/H_2O_2可在pH3.75~12.0间达到98%以上的去除率,H_2O_2的利用率达到80%.将该体系对于初始COD为1715mg/L模拟混合染料废水,可去除70%的C0D,PANI@Fe_3O_4/H_2O_2体系适用pH值范围广,催化活性高,H_2O_2利用率高且水相中残留铁离子少.机理分析表明,在PANI@Fe_3O_4中PANI和纳米Fe_3O_4存在明显的协同效应,纳米Fe_3O_4部分溶解释放出Fe~(2+),并通过Fe~(3+)和Fe~(2+)间的快速电子转移补充催化所需Fe~(2+).PANI提供反应所需H~+,并通过与铁离子形成配位键而减少了铁离子释放到水相中.     

新型Fe_3O_4@GO@TiO_2光-芬顿催化剂降解刚果红

采用水热法制备了Fe_3O_4@GO@TiO_2三元复合光-芬顿催化剂,应用于刚果红的降解。用扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)对催化剂结构进行了表征;采用单因素实验考查了刚果红溶液初始p H、底物初始质量浓度、H_2O_2添加量、降解温度对刚果红降解效果的影响,建立了理想的催化降解条件;通过多次循环使用评价了催化剂的使用稳定性。结果表明,Fe_3O_4@GO@TiO_2三元复合光-芬顿催化剂为近球形颗粒,直径约为2μm;XRD图谱证明催化剂为三元结构;当催化剂用量为500 mg/L时,催化降解刚果红的理想条件为溶液初始p H=3.0~5.0,底物初始质量浓度30 mg/L,H_2O_2添加量为1.5%,降解温度50℃;催化反应200 min时脱色率达到90%以上;循环使用5次后,铁离子溶出量低于0.17 mg/L,磁性Fe_3O_4回收率高,脱色率始终在90%以上,催化前后X射线衍射图谱几乎没有变化,说明催化剂具有良好的使用稳定性。     

金属-有机骨架MIL-88A(Fe)及其复合物的合成与高级氧化降解水体有机污染物的研究进展

本文综述了MIL-88A(Fe)及其复合物的合成方法、形貌调控及其作为异相催化剂实现光芬顿、活化PS(persulfate, 过硫酸盐)和催化臭氧氧化等高级氧化过程去除水体有机污染物的研究进展. 系统介绍了利用水/溶剂热法、超声法、微波法、室温搅拌法、机械化学法、重结晶法和光化学还原法制备MIL-88A(Fe)及其复合物的反应条件和产物形貌特征. MIL-88A(Fe)具有环境友好、能被可见光激发及稳定性好等特点,其表面Fe(Ⅲ)不饱和位点丰富且均匀,利于作为催化剂用于高级氧化. MIL-88A(Fe)受光激发产生的光生电子-空穴容易复合,导致其光催化性能较差. 但在类芬顿、激发PS和催化臭氧氧化等体系中,添加的氧化剂作为电子受体快速消耗电子,有效克服了光生电子-空穴复合问题. 此外,将MIL-88A(Fe)与其他功能材料复合可进一步改善其光生电子-空穴分离效率、提高光吸收能力及水稳定性. 总之,MIL-88A(Fe)及其复合物在光芬顿、活化PS和催化臭氧氧化降解有机污染物方面具有较大的实际应用潜力.      

铁基有机框架材料对水中四环素的去除研究

铁基-有机框架材料(MIL-53)具有稳定性强、催化效率高且环境友好等优点。该文以典型抗生素-四环素(TC)为目标污染物,实验研究了可见光(Vis)条件下MIL-53对过一硫酸盐(PMS)的催化活化性能,以及MIL-53的合成时间和温度、材料投加量、溶液初始pH等因素对TC催化降解的影响。结果显示,以MIL-53为光催化剂,PMS为氧化剂和电子受体,Vis为激发光源建立的光催化降解体系(MIL-53/PMS/Vis),能高效降解TC;MIL-53的合成条件对TC的降解具有一定影响,温度过低(120℃)或过高(150℃),合成时间过短(12 h)时,会导致TC的降解不够彻底,而合成温度为150℃,时间24 h时,TC的降解将更彻底(95%)。MIL-53的最佳投加量为0.2 g/L;初始pH对TC的降解影响较小,在pH为3～9范围内TC的降解率均能达到95%以上。MIL-53/PMS/Vis有机物催化降解体系不仅绿色环保,pH适用范围广,而且降解效率高,具有广阔的应用前景。     

纳米Fe3 O4-H2 O2 非均相Fenton反应催化氧化邻苯二酚

由四氧化三铁(Fe3O4)-过氧化氢(H2O2)构成的非均相Fenton体系主要利用H2O2分解产生的羟基自由基氧化去除难降解有机污染物.研究了邻苯二酚在纳米Fe3O4-H2O2构成的非均相Fenton体系中的催化氧化特征,同时对实验室制备的纳米级Fe3O4和商品微米级Fe3O4两种催化剂的催化活性进行比较,并考察了H2O2初始浓度对邻苯二酚的催化氧化的影响.结果表明,自制纳米Fe3O4-H2O2体系较商品Fe3O4-H2O2体系,能更快速地去除溶液中的邻苯二酚和总有机碳(TOC),邻苯二酚的去除率接近100%,同时能迅速催化H2O2分解.邻苯二酚的催化氧化反应遵循准一级反应动力学方程,H2O2的分解反应能用三级反应动力学方程较好拟合.此外,反应过程中铁释放低于0.3 mg.L-1,不足以启动均相Fenton反应,反应机制为由界面反应控制的非均相反应机制.     

纳米Fe3O4/CeO2-H2O2非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的降解

以浸渍法制备的新型纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂,3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)为目标污染物,在Fe3O4/Ce O2-H2O2非均相类Fenton体系中对目标污染物的降解进行研究,考察催化剂的催化效果和温度、p H、H2O2投加量等因素对催化剂催化效果的影响.结果表明,以纳米Fe3O4/Ce O2作为催化剂的非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的处理效果极佳;随着温度的升高,纳米Fe3O4/Ce O2的催化效果不断提高;在偏酸性环境中,p H越低催化效果越好,p H=2时反应去除效率可达96.67%;随着H2O2投加量的增加,3,4-二氯三氟甲苯的降解效率先提高后降低,投加量为15 mg·L-1时去除效果最好可达99.47%;随着催化剂投加量的增加,同样出现了处理效果先升高后降低的现象,投加量为0.5 g·L-1时催化效果最好可达99.64%.在以纳米Fe3O4/Ce O2为催化剂的非均相类Fenton体系中,3,4-二氯三氟甲苯的降解符合一级反应动力学,反应所需活化能较低只需30.26 k J·mol-1.     

Fe2O3/TiO2负载膨胀珍珠岩光催化降解罗丹明B

为获得高效催化活性的光催化材料,研究不同煅烧氛围对材料在可见光下催化性能的影响,以膨胀珍珠岩（EP）为载体,采用溶胶-凝胶法,在不同煅烧氛围（O₂和/或NH₃）下制备Fe₂O₃/TiO₂负载EP的光催化复合材料〔Fe₂O₃-TEP（O₂）、Fe₂O₃-TEP（NH₃）、Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）、Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）〕,采用EDS（X-射线色散能谱）、BET（比表面积及孔径分析）、XRD（X射线衍射）、SEM（扫描电子显微镜）、XPS（X射线光电子能谱）等对复合材料进行表征,并研究了其在可见光下对罗丹明B的光催化降解效果.结果表明:①复合材料成功负载了Ti、Fe元素,负载的TiO₂以锐钛矿型存在,Fe₂O₃的掺杂增强了TiO₂对可见光的响应能力;②不同的煅烧氛围明显影响复合材料的晶粒尺寸、比表面积和光催化性能,其中,Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）的光催化性能最好,4 h后罗丹明B降解率达到87.59%,Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）、Fe₂O₃-TEP（O₂）和Fe₂O₃-TEP（NH₃）4 h后对罗丹明B的降解率则分别为65.02%、62.48%和47.48%;③在试验条件下,复合材料的光催化反应符合一阶反应动力学方程,Fe₂O₃-TEP（O₂,NH₃）、Fe₂O₃-TEP（NH₃,O₂）、Fe₂O₃-TEP（O₂）和Fe₂O₃-TEP（NH₃）相应的降解速率常数分别为0.008 3、0.004 3、0.004 3和0.002 7 min-1.研究显示,通过溶胶-凝胶法所制备的复合材料（Fe₂O₃-TEP）经煅烧后所得矿相均一;Fe₂O₃掺杂TiO₂可形成Ti—O—Fe键,减小TiO₂固有的禁带宽度;复合材料光催化性能也受到煅烧氛围的影响,先O₂后NH₃煅烧条件下所得材料的光催化性能最佳.      

静电纺丝法制备CaIn2O4-In2O3纳米带及其光催化性能

利用静电纺丝技术原位制备了准一维结构CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带.采用XRD、SEM、TEM、EDS、UV-vis DRS、N_2吸附-脱附曲线等对合成的光催化剂进行表征,并以对苯二甲酸(TA)为分子探针物质,结合荧光技术探讨了光催化反应过程中·OH自由基的变化.以亚甲基蓝(MB)为降解目标物,考察了CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带的光催化活性,并研究了溶液pH及MB初始浓度对其光催化活性的影响.研究结果表明,宽度约为(663±75) nm的CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带由直径约为80 nm的纳米颗粒组成,且纳米颗粒之间有一定的孔隙.模拟太阳光辐照120 min,MB的降解率为76%,且降解过程服从一级动力学模型.CaIn_2O_4-In_2O_3纳米带在酸性环境中显正电性,且光催化反应体系中·OH自由基的生成量随反应时间线性增加.CaIn_2O_4与In_2O_3的耦合使得合成的光催化剂在模拟太阳光下具有良好的光催化活性.     

Fe2O3 particles as superior catalysts for low temperature selective catalytic reduction of NO with NH3

Fe203 particle catalysts were experimentally studied in the low temperature selective catalytic reduction （SCR） of NO with NH3. The effects of reaction temperature, oxygen concentration, [NH3]/[NO] molar ratio and residence time on SCR activity were studied. It was found that Fe203 catalysts had high activity for the SCR of NO with NH3 in a broad temperature range of 150-270℃, and more than 95% NO conversion was obtained at 180℃ when the molar ratio [NH3]/[NO] = 1, the residence time was 0.48 seconds and 02 volume fraction was 3%. In addition, the effect of SO2 on SCR catalytic activity was also investigated at the temperature of 180℃. The results showed that deactivation of the Fe2O3 particles occurred due to the presence of SO2 and the NO conversion decreased from 99.2% to 58% in 240 min, since SO2 gradually decreased the catalytic activity of the catalysts. In addition, X-ray diffraction, Thermogravimetric analysis and Fourier transform infrared spectroscopy were used to characterize the fresh and deactivated Fe2O3 catalysts. The results showed that the deactivation caused by SO2 was due to the formation of metal sulfates and ammonium sulfates on the catalyst surface during the de-NO reaction, which could cause pore plugging and result in suppression of the catalytic activity.     

BiOCl/SiO2/Fe3O4复合材料可见光催化去除水中亚甲基蓝

以FeCl_3·6H_2O、FeCl_2·4H_2O、(C_2H_5)_4SiO_4、Bi(NO_3)_3·5H_2O、KCl为主要原料,采用化学共沉淀法和水热法制备了BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4光催化剂,并对其进行EDS、TEM、XRD、FT-IR、UV-Vis表征,最后通过亚甲基蓝降解实验,研究了催化剂在合成过程中pH及催化剂投加量对其光催化性能的影响.结果表明,在pH=6、催化剂初始投加量为0.5 g·L~(-1)时,对亚甲基蓝的可见光催化效果最佳,光照120 min后对10 mg·L~(-1)的亚甲基蓝溶液的脱色率达到93.2%.BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4经过简单的无水乙醇和水洗后,可高效重复利用4次.综合表明,BiOCl/SiO_2/Fe_3O_4是一种在处理染料废水中具有应用前景的磁性光催化剂.     

Fe3O4/CeO2复合材料催化降解橙黄G的效能及降解途径

为研究磁性纳米Fe₃O₄/CeO₂复合材料在高浓度难降解有机废水处理中的应用,利用共沉淀法制备Fe₃O₄/CeO₂复合材料,并将其作为非均相类Fenton催化剂降解橙黄G染料废水,利用单因素法优化出最佳降解工艺,同时利用TOF-MS/MS(飞行时间质谱)检测降解中间产物,推测出可能降解途径.结果表明,当Ce/Fe为1 :1(质量比)时制备的Fe₃O₄/CeO₂复合材料催化效果最佳.最佳降解工艺条件:初始pH为2.0,温度为30 ℃,H₂O₂投加量为30 mmol/L,Fe₃O₄/CeO₂复合材料的投加量为2.0 g/L,初始ρ(橙黄G)为50 mg/L.在最佳降解工艺条件下反应120 min后,橙黄G去除率为96.2%,TOC去除率为65.0%,Fe₃O₄/CeO₂复合材料至少可重复利用6次.研究显示,橙黄G降解主要有三条可能的降解途径,包括偶氮键断裂、偶氮键与苯环断开、脱磺酸基、羟基化以及开环等过程,共检测出八种可能的降解中间产物,主要有苯胺、苯酚、萘酚以及羧酸等.      

H2O2预氧化对负载铁制备污泥炭基催化剂效能的影响

以城市污水厂二沉池污泥为原料,考察了不同H_2O_2投加量下污泥预氧化对铁负载污泥形成前驱体及其热解后制得炭基催化剂性能的影响,研究了污泥预氧化对强化铁负载制备均一分散型污泥炭基催化剂的机理.结果表明,污泥预氧化促进了污泥细胞破解,降低了絮体颗粒粒径和表面Zeta电位,使铁负载量增加、铁活性位点在污泥载体上的分散性明显增强,形成炭基催化剂保持着高催化活性,其稳定性显著增加.对模拟含铬黑T染料废水的多相芬顿降解试验说明,当污泥预氧化H_2O_2投加量为2.25%时制备的炭基催化剂,其反应120 min后铬黑T的降解率为91%,略低于未预氧化时污泥炭基催化剂的降解效率(96%);但未预氧化炭基催化剂其反应后溶液中铁离子的溶出量(18.9%)远高于预氧化后形成的催化剂(2.5%),且后者循环3次对铬黑T的降解率仍可达到86%,表现出较强的稳定性.     

Cu-Al2O3中骨架铜类芬顿催化去除水中有机污染物

为解决传统铁基芬顿催化剂在水体通常酸碱(pH6)条件下活性低的问题,采用简单共沉淀法制备了Cu掺杂的Al_2O_3类芬顿催化剂.通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见(UV-vis)吸收光谱分析表明,Cu-Al_2O_3中铜掺杂的质量分数低于4.77%时,催化剂中铜主要以Cu~(2+)和Cu~+的形式共存于Al_2O_3的骨架结构中,形成Al—O—Cu键;过量的铜掺杂会导致外骨架铜物种如铜氧化物团簇的存在.以难降解有机污染物2-氯苯酚(2-chlorophenol,2-CP)和染料罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标污染物,对Cu-Al_2O_3的类芬顿催化性能进行了详细地研究.结果表明,骨架铜物种在中性温和条件下对2-CP和Rh B显示出很高的催化去除效率和稳定性,反应2 h,Cu-Al_2O_3(Cu质量分数4.77%)对2-CP的去除率达到54%,相应的TOC去除率达到49%,而铜离子溶出浓度仅为0.025 5 mg·L-1,而Cu-Al_2O_3(Cu质量分数7.58%)由于外骨架铜的存在导致催化活性增加缓慢和稳定性下降.ESR测试结果表明,·OH和HO_2~-/O_2~-·是反应中主要的活性物种.     

四氧化三铁/聚乙烯亚胺纳米颗粒的制备及除磷性能的研究

采用化学共沉淀法,以聚乙烯亚胺(PEI)为改性剂,制备了聚乙烯亚胺改性的纳米四氧化三铁复合材料(Fe3O4/PEI).Zeta电位、透射电镜和FTIR表征结果显示,PEI修饰提高了纳米Fe3O4在水中的分散性和稳定性,同时也增强了其表面正电荷,从而提高了Fe3O4对水中磷酸根的去除能力.在磷酸根初始浓度为50 mg·L~(-1),Fe3O4/PEI投加量为200 mg,p H=3,温度为25℃的条件下,Fe3O4/PEI对100 m L磷酸根的吸附去除率达到91%.吸附过程在3 h内达到平衡.吸附等温数据表明,该吸附过程符合Langmuir吸附等温方程,可决系数R2达到0.99,最大吸附量为29.88 mg·L~(-1).Fe3O4/PEI复合材料重复利用性好,在第5次吸附-解析后还能保持对磷酸根75%以上的吸附去除率.磷的解析效率随着p H增加而增加,在p H=13时,解析效率达到65%.