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.     

催化超临界水氧化偏二甲肼

采用CuO/γ-Al_2O_3和MnO_2/γ-Al_2O_3为催化剂,H_2O_2为氧化剂,在固定床反应器中进行催化超临界水氧化偏二甲肼实验.结果表明,CuO和MnO_2对偏二甲肼的氧化降解具有显著的促进作用.偏二甲肼的去除率随反应温度和压力的升高、停留时间的延长而提高.在24—26MPa、400—450℃条件下,数秒钟内COD去除率可达到99%以上.显示出催化超临界水氧化技术的高效性.催化剂CuO/γ-Al_2O_3的催化效果优于MnO_2/γ-Al_2O_3.进一步研究表明,偏二甲肼催化超临界水氧化为·OH引发的自由基反应,最终氧化产物为CO_2,N_2和H_2O.     

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.     

Fe_3O_4@Graphite电极中性条件下电Fenton降解有机污染物

制备了Fe3O4复合石墨电极(Fe3O4@graphite),通过循环伏安测定,对自制电极的电化学特性进行了表征.在外加电压无隔膜反应池中,基于Fe3O4@graphite为阴极,铂网为阳极,在pH7.0中性条件下,探讨了降解有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)及无色小分子2,4-二氯苯酚(2,4-dichlorophenol,DCP)的电Fenton反应特性,结果表明,对1.0×10-5mol.l-1RhB在外加电压6 V和支持电解质Na2SO410 g.l-1条件下,电Fenton反应120 min,RhB降解率达100%.采用过氧化物酶催化反应吸光光度法和苯甲酸荧光分析法跟踪测定RhB降解反应过程中H2O2和羟基自由基(.OH)的变化,表明RhB降解过程涉及.OH历程.采用红外光谱分析和TOC测定RhB降解过程中深度氧化变化,表明电Fenton反应条件下,RhB反应过程中其分子结构被破坏,生成羧酸或者胺类小分子化合物,同时180 min矿化率达59.2%,对2,4-DCP而言,240 min降解率为98.6%,14h矿化率为86.8%.     

CuYO/γ-Al_2O_3催化剂催化分解N_2O性能

通过等体积浸渍法制备了以γ-Al_2O_3为载体,CuO、Y_2O_3双组分CuYO/γ-Al_2O_3催化剂,通过CuYO/γ-Al_2O_3催化剂的XRD,BET,SEM等表征,分析发现,引入Y_2O_3组分,能够改变催化剂颗粒的结构与形态,提高了CuO在催化剂表面及孔道内的分散度.通过H2-TPR研究发现掺杂Y_2O_3大幅提高了CuO催化剂的还原性能,从而提高了CuYO/γ-Al_2O_3催化剂催化分解N_2O的活性.考察了CuYO/γ-Al_2O_3催化剂催化分解N_2O的活性,结果表明,当CuO和Y_2O_3负载量均为12%时,CuYO/γ-Al_2O_3催化剂催化分解N_2O的活性最高,完全分解N_2O温度为488℃.12Cu12YO/γ-Al_2O_3催化剂在有O2条件下,460℃连续反应100 h,活性仍能保持80%左右;还考察了体积分数为9.1%的水蒸气对12Cu12YO/γ-Al_2O_3催化剂活性的影响.     

FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti电极性能及电催化降解罗丹明B

利用碳纳米管(CNTs)的优异性能和氟树脂(FR)的憎水性能,采用电化学共沉积法制备掺杂型FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti复合电极.运用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)仪对该电极的形貌和组成进行表征,采用接触角仪和阳极极化曲线对电极的电化学性能进行考察.结果表明,该电极比FR-PbO2/SnO2-Sb/Ti和PbO2/SnO2-Sb/Ti电极具有更强的憎水性能和更高的O2析出电位,这将有利于提高电极的电催化性能和电流利用效率.将FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti电极应用于罗丹明B(RhB)的降解研究,30 mA.cm-2电流密度下,处理10μmol.L-1RhB 15 min,RhB去除率高达90.21%.相同条件下,FR-PbO2/SnO2-Sb/Ti电极对RhB的去除率仅为69.08%.且FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti电极的反应速率常数为0.2215 min-1,是FR-PbO2/SnO2-Sb/Ti电极(k=0.1191 min-1)的近2倍.由此可见,较强的憎水性和较高的析氧电位,增强了FR-CNTs-PbO2/SnO2-Sb/Ti电极的电化学性质和电催化效果.     

电催化氧化阳极制备及其降酚特性

以自制Ti基SnO2/Sb2O3/IrO2镀层形稳电极(Dimensionless Stable Anode)为阳极,采用电催化氧化法处理模拟含酚废水.通过涂层分析和电化学性能测试表征了自制电极特性,考察了电解质类型和浓度、电流密度、苯酚初始浓度及体系初始pH值等因素对苯酚氧化过程的影响,并探讨其降解动力学规律.结果表明,自制电极是以SnO2为基础的纳米级固熔体氧化物电极且具有较好的表面结构,运行稳定性较好.苯酚的降解主要依赖于以NaCl为电解质时产生的氯系活性物质的间接氧化作用.随着电解质浓度及电流密度的增加,苯酚降解速率随之增大;而苯酚的初始浓度越大,降解速率越慢.体系初始pH对过程影响不明显.苯酚的降解过程符合一级反应动力学。     

磁性Fe_3O_4/改性焦炭的制备及其对罗丹明B的吸附性能

以焦炭为原料、KOH为活化剂制备改性焦炭,采用原位氧化沉淀法制备纳米Fe_3O_4负载于改性焦炭表面上,制备出磁性复合材料,利用N2等温吸附(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶交换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)等对其进行了表征,并研究了其对罗丹明B的吸附性能,系统考察了吸附动力学、吸附等温线、pH、吸附剂投加量对吸附性能的影响.结果表明,改性焦炭微孔结构发达,利于Fe_3O_4分散负载其表面上.Fe_3O_4/改性焦炭具有良好的磁性能和吸附性能,在2 h内对罗丹明B达到吸附平衡,吸附动力学符合准二级吸附动力学方程,等温吸附数据符合Langmuir模型,吸附是自发行为且为吸热反应.吸附剂在较宽的pH范围内有较高的吸附量,罗丹明B去除率可达98.32%.     

CeO2—CuO／γ—Al2O3催化剂上CO氧化及氧物种脱附与恢复行为的研究

氧化铈(CeO_2)作为贮氧和氧离子的传导物质常在高温下有催化特性,而CuO是普通的氧化物催化剂 本文以CeO_2结合活泼的CuO/γ-Al_2O_3催化剂为研究对象,利用色谱-微反流动法,以及XRD,TPR和TPD-MS等技术,研究了CuO/γ-Al_2O_3催化剂及添加CeO_2对CO和n-C_5H_(14)深度氧化的性能,探讨了催化剂的还原特性及表面氧的脱附与恢复行为 结果表明,CeO_2的存在改善了CuO在γ-Al_2O_3上的分散状态,促进了催化剂上氧物种的脱附与恢复,加速了氧化还原循环,从而提高了催化剂对CO和n-C_6H_(14)的深度氧化活性.     

蒽醌活化过硫酸盐降解罗丹明B

本文考察了蒽醌活化过硫酸盐过程中降解罗丹明B的特征.实验发现,Fe(Ⅲ)、不同种类和含量的蒽醌、pH值变化、添加自由基淬灭剂以及光照/非光照等不同条件下,对过硫酸盐活化过程中降解罗丹明B特征均产生不同程度的影响.结果表明,体系中不同含量醌活化过硫酸盐的条件下,罗丹明B表现出不同的降解特征;酸性和碱性条件下,过硫酸盐活化过程中氧化降解Rh B的效能并无明显差别;相对于甲醇,叔丁醇可能是更有效的半醌自由基淬灭剂;含氧化敏感官能团结构的蒽醌类有机物AQS和AQDS能有效活化过硫酸盐,促进了过硫酸盐的氧化降解效能,使得罗丹明B脱色程度达到90%以上,这主要是反应体系中蒽醌类有机质能有效活化过硫酸盐生成过硫酸根自由基,使过硫酸盐的氧化性得到显著提高.Fe(Ⅲ)和蒽醌耦合作用对过硫酸盐氧化罗丹明B的活化作用比单纯的蒽醌活化效果更显著.     

两种DSA电极的制备及其对有机废水降解的电催化性能

采用热分解法,以优化比例的SnCl4·5H2O,Sb2O3,Ce(NO3)2·6H2O,RuCl3为前躯体,制备了Ce掺杂的Ti基RuO2电极(RuO2/Ti)和Ti基PbO2电极(β-PbO2/Ti),并对两种DSA电极的电催化性能进行测试.结果表明,两种DSA电极均显示出良好的稳定性和抗腐蚀性,β-PbO2/Ti电极比RuO2/Ti电极具有更高的有机物氧化降解活性,但若以NaCl类作支持电解质时,RuO2/Ti电极也是一种可选电极.     

新型双槽光电化学反应器对活性艳红的降解研究

用热氧化法制备了TiO2/Ti薄膜电极,并用XRD和AFM对TiO2/Ti薄膜电极的晶形和表面形貌进行了表征。结果表明：热氧化法制备的TiO2主要为锐钛型纳米颗粒,直径在40 nm左右。设计了一种新型双槽光电化学反应器,用于废水的处理。以热氧化法制备的TiO2/Ti薄膜电极为阳极进行光电催化反应,同时以石墨电极为阴极用于产生双氧水,并与紫外光组成UV/H2O2体系。考察了双槽反应器中活性艳红X-3B在不同条件下的降解效果。降解结果表明：在新型反应器的阴阳两极槽中,活性艳红不仅在TiO2/Ti阳极槽中被降解,而且在石墨阴极槽中也得到降解;活性艳红在酸性条件下的降解效果最好;相对于单纯的电化学氧化和光催化,光电化学协同作用对X-3B的降解效果最好。     

分子筛负载Fe3+可见光协助降解有机污染物

通过NaY型分子筛负载Fe3 制备异相Fenton催化剂(FeY),采用FeY在可见光(λ＞420 nm)照射下研究其降解染料罗丹明B(RhB)和2,4-二氯苯酚(DCP).通过对RhB降解过程的紫外-可见光谱、ESR和红外光谱分析,以及总有机碳量(TOC)的跟踪测定,FeY/H2O2体系在可见光照射下能有效地降解RhB,降解反应主要涉及到·OH自由基的产生和参与.RhB/FeY/H2O2体系在可见光照射下,反应270min,RhB脱色率达到100%,TOC去除率达75.6%.DCP/FeY/H2O2体系在可见光照射下,反应150min,DCP降解率达81.0%.利用酶催化反应米氏方程测定催化剂的活性,FeY催化常数Kcat=2.28×105 mol·l-1·min-1.     

SnO2?Sb/碳纳米管复合电极的制备及 催化降解低浓度头孢他啶

利用溶胶凝胶法制备了SnO_2-Sb掺杂碳纳米管复合材料,采用热压法将其固定在不锈钢网上制成平面二维电极,借助SEM、XRD对其形貌、微观结构及元素结构进行分析,通过循环伏安曲线(CV)、极化曲线(Tafel),线性伏安(LVS)对其电化学性质进行了表征.结果显示,锡锑金属均匀地负载到了碳纳米管上且具有良好的电催化活性和稳定性,金属的掺杂使得碳纳米管电极具有更高的析氧电位和更小的阻抗.使用荧光光谱法测试了羟基自由基的产生能力,通过循环5次降解实验验证了电极的稳定性.降解实验表明,SnO_2-Sb/碳纳米管电极对低浓度头孢他啶具有很高的降解效率,在2 mA·cm~(-2)的电流强度下,60 min内可以达到90%的去除率.最后,针对不同的电解质和电流强度对电催化降解效率的影响,也通过实验数据进行了分析.     

AQS/PPy修饰石墨板阴极应用于罗丹明B的降解

采用恒电位法制备了蒽醌二磺酸钠(AQS)掺杂的聚吡咯(PPy)修饰石墨板阴极.石墨板阴极经修饰后,电化学活性得到显著提高,其电子转移内阻及电子转移量分别为未修饰的约50%和5.7倍.实验进一步考察了阴极电位、初始pH值以及Fe~(2+)含量对罗丹明B降解实验的影响,结果表明,在阴极电位为-0.1 V,pH值为3.0,Fe~(2+)浓度为0.2 mmol·L~(-1)的条件下,60 min内对罗丹明B的降解率最高可达85.76%,且长时间运行后,降解效果重复性较好.结合不同条件下的过氧化氢产量和自由基变化淬灭实验,推断了降解过程的机理,即AQS/PPy修饰的石墨板电极,有利于分子氧在电极表面被催化还原为H_2O_2,和体系中Fe~(2+)产生羟基自由基,故罗丹明B降解是以羟基自由基为主导的电芬顿反应过程.     

Fe3O4/C纳米粒子的制备及其对水中罗丹明B的去除

采用溶剂热-水热法合成了碳覆盖的Fe3O4纳米粒子Fe3O4/C,利用扫描电镜(SEM)与红外光谱(FT-IR)对其进行了表征,并研究了其对水中罗丹明B的吸附性能.系统考察了吸附动力学、吸附等温线、吸附剂用量对吸附性能的影响.Fe3O4/C对罗丹明B的吸附在3 h内即可达到平衡,最大吸附量可达13.23 mg.g-1.分别用Langmuir和Freundlich吸附模型解释了Fe3O4/C对罗丹明B的作用机理,吸附反应过程符合准二级动力学方程.结果表明,该吸附剂具有良好的磁效应和吸附性能,可快速去除罗丹明B,去除率高达90%以上;吸附剂可重复利用,成本低,具有环境友好的优势.     

催化臭氧氧化降解罗丹明B的初步研究

研究了过渡金属硝酸盐及Al2O3为载体担载催化剂在罗丹明B臭氧氧化过程中的催化作用,考察了温度、pH值以及催化剂浓度等因素对反应的影响.结果表明,过渡金属离子可显著地提高罗丹明B的脱色速率,而担载型过渡金属氧化物催化剂活性较低.较低的pH值和反应温度有利于罗丹明B的催化臭氧化.罗丹明B溶液经过催化臭氧氧化后COD去除率可提高24%.     

羟胺促进臭氧氧化降解阿特拉津

臭氧(O_3)能有效氧化去除废水中的微量有机污染物,但其较高的成本限制了在我国废水处理中的应用.因此,开发新型的O_3高级氧化技术以提高O_3的利用率,已成为亟待解决的问题.本研究发现,羟胺(NH_2OH)可大幅提高连续流O_3氧化去除农药阿特拉津(ATZ)的效率.与单独臭氧氧化体系相比,当[NH_2OH]0∶[O_3]s(摩尔浓度比)=0.25时,反应3 min时的ATZ去除率([O_3]s∶[ATZ]0=10,p H 7.0)由37.9%提高至83.8%.当[NH_2OH]0∶[O_3]s=0.25—0.75时,反应前3 min内的加速程度随NH_2OH初始浓度的升高而降低,随后在0.75比例下的加速程度升高,这与[NH_2OH]∶[O_3]s在反应过程中的持续降低及二级氧化剂生成的变化有关.二级氧化剂的生成种类和浓度主要受[NH_2OH]0∶[O_3]s影响,有羟基自由基生成.反应3 min后,在0.25比例下二级氧化剂主要通过攻击ATZ的烷基等含碳基团加速其降解,0.75比例下二级氧化剂对含氯基团的攻击加剧.本研究将为利用NH_2OH开发新型的O_3高级氧化技术提供依据.     

Fenton试剂氧化降解微囊藻毒素-LR

研究了Fenton试剂氧化降解微污染水体中微囊藻毒素MC-LR的效果,在H2O2浓度1.5mmol·l-1,Fe2 浓度0.10 mmol·l-1,反应温度为25±1℃,pH值为4.18及反应时间为30min的条件下,浓度为0.41mg·l-1的MC-LR去除率可以达到92.4%,降解过程符合准一级反应动力学.Fenton试剂氧化体系能有效地降解MC-LR,特别是在紫外光的照射下,MC-LR的降解速率得到大幅度提高.紫外光能促进Fe3 还原为Fe2 ,所以光助Fenton试剂氧化反应中可以使用Fe3 代替Fe2 .     

光催化燃料电池不同二氧化钛光阳极性能的对比

选择泡沫钛片和普通钛片,通过溶胶凝胶法、阳极氧化法和脉冲式超声辅助阳极氧化法制备了5种不同的电极作为光催化燃料电池阳极.结果表明,不同方法制备的电极表面结构有所不同,其光阳极电极电位与有机物降解性能也不同.泡沫钛基溶胶凝胶法和超声辅助阳极氧化法制备的电极表面更加粗糙,比表面积也更大,加强了有机物的传质,有利于有机物的迁移与空穴氧化反应及敏化反应.超声辅助阳极氧化方法制备的电极对罗丹明B模拟废水的脱色率最高,p H=1时,120 min内达80%.电极电位的测定结果还表明,两种粗糙电极光激发电极电位比同种方法制备的其它电极高约0.15 V,光照前后的阳极半反应电位差更小,激发电子的积累也较少.这些研究结果对光催化燃料电池的电极选择与电池构建具有参考作用.