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.     

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.     

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.     

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.     

两级Fenton法预处理高浓度高色度铜拉丝乳化液实验研究

金属线材厂拉制线材用的铜拉丝油由基础油(矿物油、植物油和合成油)、乳化剂、抗氧化剂、抗泡剂等物质组成,能与水形成稳定的乳化液,主要起冷却、润滑、清洗、防锈等作用,经冷热交替和微生物降解会导致其变质,需要周期性的更换,产生需要处理的废乳化液。废乳化液量随着线缆行业的快速发展越来越多,该废液呈蓝色且有机物浓度高,若排放将对周围环境产生严重污染,经过处理达标排放成为该类企业的当务之急。Fenton氧化法是一种高级氧化技术,在酸性条件下,H_2O_2被Fe~(2+)催化分解并产生大量具有强氧化性的·OH,通过·OH氧化降解废水中的有机物,达到废水净化的目的。在处理有毒有害难生物降解有机废水方面具有较强的应用优势;本研究采用两级Fenton氧化法对高浓度高色度铜拉丝乳化液进行预处理,通过实验研究了H_2O_2和FeSO_4投加量、初始反应pH值、反应时间等因素对该废水处理效果的影响。结果表明,首级Fenton法处理废水的最佳反应条件为:pH值为2、H_2O_2(质量分数30%)投加量为140 mL·L~(-1)、FeSO_4(质量分数10%)投加量为96mL·L~(-1)和反应时间为40 min;二级Fenton氧化法考察了H_2O_2及FeSO_4投加量、反应时间等因素处理首级Fenton上清液的情况,结果表明:H_2O_2(30%)投加量为144 mL·L~(-1),FeSO_4(10%)投加量为192mL·L~(-1),初始反应pH值为2,反应时间为80min。原水COD约40000mg·L~(-1)降低到2000mg·L~(-1)以下,COD去除率高达95%,颜色从蓝色变成了无色,满足了后续生化处理对进水浓度的要求。为解决同类高浓度铜拉丝乳化液废水预处理提供了技术参考。     

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.     

Al/H_2O_2体系氧化降解甲基橙

考察了Al/H_2O_2体系对甲基橙(MO)的氧化降解行为,探讨了Al粉、H_2O_2投加量、溶液初始pH以及共存阴离子等因素对MO降解的影响,并利用荧光光谱法通过证实·OH自由基的形成对降解机理进行了初步探讨.结果表明,Al/H_2O_2体系对MO的降解受溶液pH影响较大,在初始pH 3.0,铝粉投加量为4.8 g·L~(-1),H_2O_2投加量为7.2 mmol·L~(-1),对于含MO 20 mg·L~(-1)的染料废水,10 h MO降解率可达95.2%,而当初始pH3.5时,MO的降解被强烈抑制.无机阴离子(Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-)单独存在时,对Al/H_2O_2体系降解MO影响较小,MO降解率仍可达90.0%以上.无机阴离子(Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-)共同存在时,对Al/H_2O_2体系降解MO具有叠加效应,MO降解率仅达60.0%左右.Al/H_2O_2体系重复利用性能良好,对MO降解经7个周期后,降解率仍可达92.0%.降解机理研究表明,Al/H_2O_2体系氧化降解MO过程中,·OH发挥了主要作用.     

介孔yolk-shell型Co_3O_4@mSiO_2纳米反应器降解水中的苯酚

本文分别采用双溶液注射法和选择性刻蚀法合成了单核和多核两种介孔yolk-shell型Co_3O_4@mSiO_2(介孔Si O2)纳米反应器.并对比了两种纳米反应器和纳米Co_3O_4颗粒催化过一硫酸氢钾(KHSO_5)去除水中苯酚的效果.结果显示,两种纳米反应器催化KHSO_5降解苯酚的效率在相同反应条件下分别比纳米Co_3O_4颗粒提高18.8%和26.7%,说明多核型纳米反应器催化性能更好.进一步研究pH值、KHSO_5与苯酚物质的量之比n_(KHSO_5)∶n_(C_6H_6O)和材料投加量m_(cata)对苯酚降解的影响,发现多核型纳米反应器的最佳反应条件为pH=7,n_(KHSO_5)∶n_(C_6H_6O)=10∶1,m_(cata)=0.8 g·L~(-1).最后,结合催化活性和吸附实验,以及XRD、XPS、STEM、BET等手段,分析了纳米反应器的形貌、结构、元素形态和比表面积,并推断反应机理.结果显示,纳米反应器的主体结构为均匀分散的SiO_2中空微球,粒径约为300 nm,表面布满介孔,并拥有极大的比表面积,能有效吸附水中的苯酚并将其富集于纳米反应器中,同时mSiO_2微球中形成的Co_3O_4内核催化KHSO_5产生硫酸根自由基(SO_4~(·-))降解水中的苯酚,纳米反应器的吸附、富集和限域作用强化了苯酚的降解.     

Fenton氧化处理垃圾膜滤浓缩液

本文以混凝预处理后的上海老港垃圾填埋场渗滤液纳滤浓缩液为研究对象,采用混凝预处理、Fenton氧化法和生化法相结合的工艺对其进行处理,将其出水COD从2930 mg·L~(-1)降至100 mg·L~(-1)以下.采用响应曲面法研究了Fenton氧化法处理经过混凝预处理纳滤浓缩液过程中,各个影响因素之间的相互作用关系,并确定了最佳实验条件,即FeSO_4·7H_2O投加量为62.5 mmol·L~(-1)、H_2O_2投加量为121.8 mmol·L~(-1)、初始pH 3.0.在此条件下,Fenton氧化法可使混凝预处理出水的COD降低39.0%.进一步研究表明,Fenton氧化后纳滤浓缩液中芳香环类污染物减少、腐殖化程度降低.经过3 h的Fenton氧化法处理后,BOD5/COD从纳滤浓缩液原液的0.02上升到0.29.将垃圾渗滤液纳滤浓缩液Fenton氧化法处理后出水与垃圾填埋场渗滤液的纳滤出水1∶1混合,进行序批式活性反应器(SBR)处理,在水力停留时间为2 d时,出水COD可降低至96.0 mg·L~(-1).     

过渡金属Fe、Co、Ni介孔分子筛MCM-41催化剂的制备及其氧化性能

本研究用直接法和后处理法合成了不同过渡金属(Fe、Co、Ni)负载的介孔分子筛载体材料MCM-41,并利用Al对分子筛进行了改性,制备了Fe/Al复合催化剂,对上述材料进行了表征.研究了这些非均相催化剂对染料活性艳蓝KN-R的催化氧化脱色,分别研究了催化剂制备方法、过渡金属种类及负载量对KN-R脱色效率的影响,并考察了所制得催化剂的稳定性和重复利用性.结果表明,直接法合成的催化剂具有较高的催化性能及较低的金属溶出量,负载铁(Ⅱ)的催化剂对染料的催化降解性能要远高于钴(Ⅱ)和镍(Ⅱ)负载型催化剂,催化氧化活性随金属负载量的提高而显著升高.Al改性进一步提高了催化剂的活性,在pH=2.5,氧化剂H_2O_2投加剂量为50.0 mmol·L~(-1),催化剂剂量为4.0 g·L~(-1)的条件下,反应30 min,对初始浓度为250 mg·L~(-1)的KN-R染料的脱色率均可达95%以上,矿化率达60%以上.当Al/Si为0.21,Fe负载量为23.6 mg·g~(-1)时,在10 min内可将250 mg·L-1的KN-R完全脱色.经过3次循环使用后,上述催化剂仍能表现出良好的性能,但进一步循环使用,催化活性下降.