Fe、Mn、Cu及其复合负载γ-Al_2O_3纳米颗粒的制备、表征和催化降解PVA性能

采用浸渍-煅烧法制备了Fe、Mn、Cu及其复合负载的γ-Al_2O_3纳米颗粒,采用了SEM-EDS、BET以及XRD等方法对制备得到的Mn_xO_y/γ-Al_2O_3、Cu_xO_y/γ-Al_2O_3、FexOy/γ-Al_2O_3以及FexCuyMnzOw/γ-Al_2O_3纳米颗粒进行了表征.结果表明,通过浸渍-煅烧法得到的四种纳米颗粒催化剂均可以和双氧水形成非均相类Fenton反应体系,产生大量羟基自由基,从而有效降解PVA大分子,降低废水中的PVA浓度.另外还通过BoxBehnken Design响应面分析法分别确定了Mn_xO_y/γ-Al_2O_3、Cu_xO_y/γ-Al_2O_3、FexOy/γ-Al_2O_3以及FexCuyMnzOw/γ-Al_2O_3纳米颗粒催化双氧水降解处理PVA的最佳工艺参数.利用GPC和GC-MS分析进一步表征PVA在不同催化剂条件下得到的降解产物后,分析结果表明:Fe、Mn、Cu复合负载的FexCuyMnzOw/γ-Al_2O_3纳米颗粒催化双氧水降解PVA的催化效果相对较好.当PVA初始反应浓度为1%,反应温度为60℃,催化剂投加量为0.5 g·L~(-1),双氧水投加量为60 mL·L~(-1)时,PVA的浓度下降率可以达到95%以上,降解产物粘均分子量达到1395,分子量下降率达到99%,降解小分子产物主要包括丁酮、苯甲醛、己醛以及乙酸等不饱和小分子.     

催化臭氧氧化去除垃圾渗滤液中难降解有机物的研究

研究了Fe(Ⅱ),Mn(Ⅱ),Cu(Ⅱ)作用下,均相催化臭氧氧化去除垃圾渗滤液中高浓度的腐殖质.分析催化剂用量、溶液pH值对腐殖质催化臭氧氧化降解的影响.结果表明,与单纯臭氧氧化比较,催化臭氧氧化对UV254和色度去除率无明显改善,但可明显提高以TOC和CODCr表征的有机物去除率;当投加催化剂过量时,以TOC和CODCr表征的有机物去除率虽降低,但仍有促进作用.但Fe2 的过量投加将明显抑制UV254和色度的去除效果.在碱性条件下,催化臭氧氧化法具有更好的去除效果.三种催化剂催化效果为Cu(Ⅱ)＞Mn(Ⅱ)＞Fe(Ⅱ).采用Cu(Ⅱ)催化臭氧氧化处理实际渗滤液生化处理出水,对CODCr,色度和UV254都显示出较好的去除效果.     

水体中二氧化钛(P25)光催化降解甲芬那酸的机理

本文研究了甲芬那酸(MEF)在UV-P25光催化降解下的行为和产物.结果表明,在紫外光照下P25能够快速催化降解MEF,实验浓度下很好地符合准一级动力学模型,速率常数为0.338 min~(-1).碱性溶液有利于MEF的降解,随着p H值从5.0增加到10.0,速率常数从0.271 min~(-1)增加到了0.388 min~(-1).采用硝基苯作为分子探针鉴定了P25光催化降解MEF过程中生成的羟基稳态浓度为0.58×10~(-1)2mmol·L~(-1),通过异丙醇猝灭计算出羟基自由基贡献率为95.7%,由此推算MEF与羟基的实际二级反应速率常数为1.04×1010L·(mol·s)~(-1).采用UPLC/MS/MS鉴定了MEF降解产物,推测MEF的光催化降解途径主要涉及脱氢反应、羟基化反应和酮化反应.发光菌急性毒性试验评价MEF降解过程中中间产物的毒性变化表明,UV-P25是一种有效降低MEF毒性的方法.     

γ-Fe-Ti-Al_2O_3催化臭氧氧化水中布洛芬并阻断溴酸盐生成研究

以葡萄糖为模版,采用蒸发诱导自组装法合成了铁、钛掺杂γ-Al_2O_3(γ-Fe-Ti-Al_2O_3)介孔催化剂,并将其用于臭氧氧化含Br~-水中布洛芬. X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附(BET)、X射线光电子能谱(XPS)表征结果表明,铁、钛成功掺杂进入γ-Al_2O_3骨架,分布均匀,保持了γ-Al_2O_3有序的介孔结构,具有较大的比表面积,钛的价态为Ti~(4+)和Ti~(3+)共存,铁的价态是Fe~(3+).铁、钛的掺杂显著提高γ-Al_2O_3催化臭氧氧化含Br~-水中布洛芬的活性,且有效阻断了溴酸盐的生成,反应60 min后,TOC去除率由γ-Al_2O_3的54%提高到86%,而单独臭氧氧化仅为13%.电子自旋共振和催化剂表面Fe~(2+)离子捕获实验表明,羟基和超氧自由基是反应活性氧物种,有利于有机物的矿化;有机物能够强化γ-Fe-Ti-Al_2O_3催化剂中的Fe~(3+)还原为Fe~(2+),从而有利于溴酸盐的阻断还原.     

模拟日光-非均相Fenton光催化降解喹啉

以铝-分子筛(Al-MCM-41)为载体,采用加热回流法制备一种非均相芬顿催化剂还原氧化石墨烯-羟基铁/Al-MCM-41(r GO-Fe OOH/Al-MCM-41).以喹啉模拟有机废水,考察该催化剂在不同氧化体系、不同H_2O_2投加量、不同催化剂投加量和不同水质因素(喹啉初始浓度和p H值)条件下对喹啉降解效能的影响,同时考察了催化剂的重复使用性.结果表明,喹啉的光芬顿降解过程符合准一级反应动力学,降解过程中溶液中的NO-3浓度先升高后下降,表明喹啉的吡啶环被打开.对比芬顿反应,模拟日光芬顿反应中光的引入促进羟基自由基的产生,使得喹啉去除率由45%提高到了99%;喹啉降解速率随着催化剂和H_2O_2投加量的增加而升高,但投加量过多会消耗·OH自由基从而抑制喹啉降解,在光芬顿体系中,该催化剂在p H=3.6—9.6的范围内都表现出了很高的活性;当喹啉初始浓度为20 mg·L~(-1),催化剂投加量为0.5 g·L~(-1),H_2O_2投加量为20 mmol·L~(-1),p H=6.3时,该催化剂对喹啉有很好的矿化效果(TOC去除率为3%).催化剂重复使用性能稳定,重复使用5次喹啉去除率仍高达99%,但TOC去除率略有降低,铁溶出率为0.48%以下.     

μ-H_2O-桥联均相铁(Ⅲ)催化剂的合成及其对邻苯二甲酸二丁酯的降解性能

合成了μ-水桥联的双核铁(Ⅲ)配合物[Fe_2(μ-H_2O)(TS)_4(H_2O)_2]_2Cl_4·4H_2O](μ-H_2O-Fe(Ⅲ)-TS)(TS=N,N'-triethylentetramine-salicylideimine;即三乙烯四胺水杨醛亚胺),并以其为催化剂、通过类Fenton反应考察了其对邻苯二甲酸二丁酯(DBP)的催化降解性质.结果表明,μ-H_2O-Fe(Ⅲ)-TS在可见光条件下即可对DBP进行高效催化降解.采用UV-vis谱监测了μ-H_2O-Fe(Ⅲ)/DBP/可见光体系在加入H_2O_2前后不同时间的光谱,结果表明催化剂的活性位点可能为Fe(Ⅲ)-H_2O-Fe(Ⅲ)中心,形成了有利于H_2O_2活化的Fe(Ⅲ)-H_2O-Fe(Ⅲ)-H_2O_2过渡态,使得·OH可以在可见光作用下便可产生.降解实验研究表明,在pH值3.0—8.0范围内,μ-H_2O-Fe(Ⅲ)-TS的浓度为1.16—11.56μmol·L-1,H_2O_2的浓度为0.408—40.8 mmol·L-1,μ-H_2O-Fe(Ⅲ)-TS/H_2O_2/可见光体系均能在5 min内对浓度为14.39—143.88μmol·L~(-1)的DBP实现近100%降解,较普通Fenton反应体系有更宽的pH适用范围.μ-H_2O-Fe(Ⅲ)-TS可循环使用,是有优异潜力的水中DBP绿色降解催化剂.     

Fe(Ⅲ)-Salen功能化纳米Fe_3O_4复合材料的合成及其对三氯苯的催化降解性能

采用溶剂热制备了氨基功能化纳米Fe_3O_4磁性复合材料(NH2-nFe_3O_4),并进一步通过缩合、配位等反应得到Fe(Ⅲ)-Salen功能化纳米Fe_3O_4复合材料(nFe_3O_4@Fe(Ⅲ)Salen).通过元素分析(EA)、X-射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)等手段对其进行了组成、结构、形貌、磁性等表征.结果表明,nFe_3O_4@Fe(Ⅲ)Salen平均粒径为约200 nm,饱和磁化强度为24.8 emu·g-1.催化剂为nFe_3O_4@Fe(Ⅲ)Salen,研究了其在可见光/H_2O_2类Fenton体系催化降解水中2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)的性能.研究发现,当nFe_3O_4@Fe(Ⅲ)Salen用量≥0.8 g·L~(-1),溶液pH值为4.0—7.0,H_2O_2浓度为8.16—40.8 mmol·L~(-1)时,nFe_3O_4@Fe(Ⅲ)Salen/H_2O_2/可见光体系可以实现对浓度50.0 mg·L~(-1)(253.2 mg·L~(-1))的TCP溶液在5 min内近100%降解,较普通Fenton反应体系有更宽的pH适用范围.循环使用5次后,该催化体系对TCP的降解率仍能保持95%以上,nFe_3O_4@Fe(Ⅲ)Salen是有优异潜力的水中TCP绿色催化剂.     

异相草酸铁光降解五氯酚过程中的铁物种分配

草酸铁光化学体系在自然界中广泛存在,此体系可以内源生成过氧化氢,构成Fenton体系,产生羟基自由基(·OH),用于降解有机污染物.通过测定赤铁矿(α-Fe_2O_3)和针铁矿(α-Fe OOH)两种铁氧化物-草酸体系在光降解五氯酚(PCP)过程中草酸和pH的变化,计算反应过程中各种Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)物种的分配情况,分析影响体系活性的关键因素.研究表明,体系中的铁物种分配和pH通过影响体系的铁循环直接影响体系的反应活性.相同初始pH,不同草酸初始浓度下,高活性的Fe(Ⅱ)物种分配具有较大差异从而影响体系的铁循环速率和反应活性.不同初始pH,达到饱和吸附的相同草酸初始浓度下,高活性的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)物种均为体系控制物种,而pH通过影响Fe(Ⅲ)的还原速率从而影响体系的铁循环速率和反应活性.     

光电Fenton耦合转盘技术处理四环素废水

本实验中,我们开发了一种耦合紫外光催化和转盘技术的电Fenton反应器用于降解含有四环素的有机废水.在该反应器中,O_2首先在旋转的石墨阴极表面发生还原反应生成H_2O_2,随后H_2O_2被催化分解成活性自由基来降解矿化有机物.实验中了考察了pH,阴极电压,转速等实验条件对系统生成H_2O_2能力的影响.结果表明,在pH=3,阴极电压-0.8 V vs.SCE,转速为400 r·min~(-1)条件下,经过75 min反应H_2O_2的积累浓度有最大值(51.5 mg·L~(-1)).实验证明该系统对四环素有较好的降解和矿化效果.以1.0 mmol·L~(-1)的Fe~(2+)作为催化剂,紫外/电Fenton耦合转盘系统可以在45 min内将初始浓度50 mg·L~(-1)四环素降解94.2%且90 min时TOC的去除率为68.2%.紫外/电Fenton处理效果明显优于电Fenton系统.进一步实验分析发现,紫外线的引入可以通过两种途径来提升电Fenton的处理效果.一方面紫外光可以促进Fe~(3+)还原成Fe~(2+),加速体系铁离子循环,从而提升电Fenton的处理效果;另一方面还可以通过直接激发H_2O_2分解成活性自由基加速降解四环素.     

光助Fe/BiOCl活化过硫酸盐降解橙黄Ⅱ

为研究Fe/BiOCl在光照下活化过硫酸盐(PS)产生硫酸根自由基(·SO_4~-)降解偶氮染料橙黄Ⅱ的催化效果,采用一步水热合成法制备铁掺杂BiOCl纳米催化剂,并用X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线光电子能谱(XPS)对其形貌与组成成分进行表征.结果显示,铁元素成功掺杂进入BiOCl的结构中,呈现出纳米盘状形貌结构.在光照辐射下,考察Fe/BiOCl活化PS降解橙黄Ⅱ过程中初始pH、底物浓度、Fe/BiOCl催化剂投加量和PS投加量等影响因素对橙黄Ⅱ降解处理效果的影响.结果显示,橙黄Ⅱ降解效率随着pH值的降低而升高,Fe/BiOCl和PS投加量的增加对橙黄Ⅱ的去除率出现先增加后降低的趋势.Fe/BiOCl催化剂投加量为0.5 g·L~(-1),PS的投加量为1 mmol·L~(-1)的条件下时,溶液pH值为3.0,反应60 min后,橙黄Ⅱ降解的效果最佳,其降解速率符合拟一级反应动力学.通过对催化剂Fe/BiOCl稳定性研究,经5次连续循环使用后,脱色率仍然可以保持在79.6%,说明该催化剂具有良好的循环使用性能.通过投加叔丁醇(TBA),甲醇(MeOH),草酸铵(AO),对苯醌(BQ)等自由基猝灭剂,证明光助Fe/BiOCl/PS体系中具有光生空穴,硫酸根自由基,羟基自由基和超氧自由基,其中超氧自由基和光生空穴在反应体系中起重要作用.反应过程中橙黄Ⅱ的降解产物运用GC/MS进行检测,推导得出橙黄Ⅱ的降解路径.