镍钴双金属光催化PMS氧化酸性橙7的研究

在紫外光照射下,研究了以镍钴双金属氧化物(CoNiO_x)为催化剂,过硫酸氢钾(PMS)为氧化剂的光催化氧化体系对酸性橙7(AO7)的降解效果和机理。结果表明:UV/CoNiO_x/PMS体系降解AO7较相同条件下的CoNiO_x/PMS、UV/PMS以及单金属催化体系效果更好;通过单因素实验法,确定了AO7降解的最佳反应条件,即AO7初始浓度为32μmol/L,PMS投加量为120μmol/L,催化剂投加量为50 mg/L,溶液初始pH约为10;溶液中的离子(HCO_3~-、Cl~-、Mg~(2+)和Ca~(2+))都会对UV/CoNiO_x/PMS工艺降解AO7产生抑制作用,且抑制作用顺序为HCO_3~->Cl~->Mg~(2+)>Ca~(2+);氧气是控制光催化反应速率的因素之一;通过投加乙醇和叔丁醇两种猝灭剂,证明了·SO_4~-在AO7的降解反应中起主导作用。反应20 min,该体系对AO7的去除率可达97.5%。     

超声协同双金属Fe-CoO_x异相催化PMS的研究

采用溶胶-凝胶法(sol-gel method)制备铁钴双金属氧化物(Fe-CoO_x)催化剂,研究其协同超声(超声)催化过硫酸氢钾(PMS,KHSO5)降解酸性橙7(AO7)的效果及机理。结果显示:Fe-CoO_x/US/PMS体系的催化效果相较同条件下Fe Ox/US/PMS、CoO_x/US/PMS体系更好;随着初始PMS浓度的增加,AO7的降解率先增加后降低;增加US功率后AO7的降解率先增加后降低;Fe-CoO_x初始投加量从0.035 g/L上升至0.05 g/L后,30 min时AO7的降解率由30.58%上升至77.50%,继续增加投量,提升效果不明显;AO7的降解率与初始AO7呈负相关;投加叔丁醇(TBA)、甲醇(MA),50 min时AO7的降解率分别为60.64%、26.58%,表明体系中自由基主要为·OH和SO-4·。XRD和XPS结果显示:Fe-CoO_x催化剂粒径为8.8~10.7 nm,催化剂中的Fe、Co主要以Fe2+、Fe3+、Co2+、Co3+存在,并且表面羟基氧的含量为24.07%。研究显示:Fe-CoO_x催化剂具有较好的催化性能,能够有效地协同超声催化PMS生成自由基,对水中污染物的降解具有良好的效果。     

氧基氯化铁非均相活化过一硫酸盐降解金橙Ⅱ

采用部分热分解法制备了氧基氯化铁（FeOCl）,用于活化过一硫酸盐（PMS）降解难降解偶氮染料金橙Ⅱ（AO7）.利用X射线光电子能谱分析（XPS）、扫描电镜（SEM）和X射线衍射光谱（XRD）对其进行了表征;通过实验评估FeOCl/PMS体系对AO7的降解效果并分析了影响AO7去除率的各种因素.结果表明：FeOCl活化PMS降解AO7效果良好,矿化率达44%.在中性条件下,当FeOCl投加量50mg/L、PMS浓度1.0mmol/L、AO7浓度0.05mmol/L时,AO7可在30min内完全降解.随PMS投加量、FeOCl投加量、Cl^-浓度和反应初始pH值的增大,AO7的脱色效果提高.FeOCl还具有良好的重复利用性.此外,通过自由基淬灭实验、EPR测试和XPS分析了反应的主要活性物种和反应机理：由PMS活化产生的SO₄^-·和·OH对污染物进行降解,其中主要活性物种为SO₄^-·.     

丙酮活化过一硫酸盐性能及非自由基机制

利用丙酮活化过一硫酸盐(Peroxymonosulfate,PMS)氧化降解酸性橙7(AO7),考察了丙酮投加量、PMS浓度、初始pH值及共存阴离子等反应条件对AO7氧化降解的影响,探讨了丙酮/PMS反应体系中的反应机制.结果表明,当初始p H为9.0、n(PMS)/n(AO7)为17.5∶1、丙酮投加量为10 mmol·L-1时,反应30 min可使AO7的降解率达到99.8%.在丙酮/PMS的活化体系中,随着丙酮投加量、PMS浓度和p H的升高,AO7的降解率也逐渐增大,碱性条件下最有利于AO7的降解.自由基淬灭实验分析表明,单线态氧(1O2)是氧化降解AO7的主要活性物种.Cl-、CO2-3对丙酮/PMS体系中AO7的降解有促进作用,离子浓度越高,AO7降解速率越快,腐殖酸(HA)的加入对AO7的降解有轻微的抑制作用.紫外可见光谱分析表明,AO7分子中的偶氮键及萘环结构被破坏,从而得到降解.     

LaCo0.5Cu0.5O3型钙钛矿活化过一硫酸盐降解AO7

采用溶胶-凝胶法制备LaCo_1-xM_xO₃（M=Cu、Fe、Mn）型钙钛矿并用来活化过一硫酸盐（PMS）降解偶氮染料AO7.选取效果最好的LaCo_0.5Cu_0.5O₃型钙钛矿为研究对象,考察了钙钛矿投加量、PMS浓度、pH和染料废水中常见Cl^-对LaCo_0.5Cu_0.5O₃/PMS体系降解AO7的影响,分析了体系的反应过程并考察了矿化能力.结果表明,LaCo_0.5Cu_0.5O₃可以有效活化PMS降解AO7,反应随着材料投加量和PMS浓度的增加而加快.在中性条件下反应速度最快,过酸过碱均会抑制反应的进行.在优化条件为LaCo_0.5Cu_0.5O₃投加量20mg/L、PMS浓度0.50mmol/L、AO7浓度0.05mmol/L时,AO7可在20min内完全降解.该反应主要发生在材料表面并且主要活性物种为·OH,对AO7具有优异的脱色能力和较好的矿化效果.     

钴锰双金属氧化物催化过硫酸氢钾降解酸性橙7的研究

为了研究CoMnO_x在常温下活化过硫酸氢钾(PMS)产生硫酸根自由基(SO_4~-·)降解酸性偶氮染料酸性橙7(AO7)的效能,采用溶胶-凝胶法制备CoMnO_x双金属催化剂,考察了CoMnO_x投量、PMS投量、AO7初始浓度以及初始p H对PMS/CoMnO_x体系降解AO7效果的影响.结果显示,CoMnO_x和PMS投量的增加对AO7的去除率均有提升效果,而随着AO7初始浓度的增加,PMS/CoMnO_x体系对其的去除率逐渐降低,在最优条件下反应20min后AO7的去除率达95.28%,较单金属催化效果提升显著,体系初始p H值对AO7降解有显著影响,弱酸性条件下有利于CoMnO_x催化PMS氧化反应的进行.通过投加乙醇和叔丁醇两种不同种类的猝灭剂,证实了AO7的降解主要是SO_4~-·和·OH共同作用的结果,其中SO_4~-·起主导作用.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对催化剂进行表征,结果表明催化剂的主要存在形式为Mn Co_2O_4其中Co~(2+)、Co~(3+)、Mn~(2+)、Mn~(3+)、晶格氧、羟基氧的物质的量百分比分别为27.94%、6.16%、11.42%、19.99%、25.99%、8.68%.     

预磁化强化ZnO@Fe3O4活化PMS降解AO7

为了研究预磁化对ZnO@Fe_3O_4活化过一硫酸盐(PMS)去除水中酸性橙7(AO7)性能的影响,考察了预磁化强度、ZnO@Fe_3O_4投量、PMS投量及初始pH对Mag-ZnO@Fe_3O_4/PMS体系降解AO7效果的影响.结果表明,当预磁化强度由0 T逐渐增大至2 T时,催化剂去除AO7的表观速率常数由0.0463 min~(-1)逐渐增大至0.1832 min~(-1),反应速率提高倍数达到1.4～4.0倍; Mag-ZnO@Fe_3O_4和PMS投量的增加对AO7的去除率均有提升效果,在最优条件下反应20 min后AO7的去除率达92%;体系初始pH对AO7降解有显著影响, pH为6～8条件下有利于Mag-ZnO@Fe_3O_4催化PMS氧化反应的进行.通过投加不同种类的猝灭剂,证实了AO7的降解主要是各种自由基共同作用的结果.经过预磁化处理后的催化剂产生感应磁场,从而影响了反应体系中自由基的复合概率,使得污染物被自由基氧化的速率提高.     

铁锰双金属氧化物对过硫酸氢钾降解酸性橙7的催化效果

为了发挥均相体系中过渡金属元素对PMS(过硫酸氢钾)的催化效果,同时解决存在的金属离子污染的问题,以AO7(酸性橙7)为目标污染物,研究了采用溶胶-凝胶法(sol-gel method)制备Fe-MnO_x(铁锰双金属氧化物)催化剂催化PMS的效果及降解机理. 结果表明:ρ(Fe-MnO_x)由50 mg/L升至200 mg/L后,35 min时AO7降解率由53.74%升至96.65%;继续升高ρ(Fe-MnO_x),AO7降解率提升效果不明显. 随着ρ(PMS)₀(PMS初始质量浓度)的升高,AO7的降解率变化趋势与之相同;而随着ρ(AO7)₀(AO7初始质量浓度)的升高,AO7降解率有所下降. 分别投加EA(乙醇)、TBA(叔丁醇)这2种捕获剂来验证体系氧化物种时发现,55 min时AO7降解率分别为79.40%和91.33%,氧化体系的主要氧化物种为·SO₄-(硫酸根自由基)和少量·OH(羟基自由基). XRD(X射线衍射)和XPS(X射线光电子能谱)结果显示,Fe-MnO_x催化剂中的Fe、Mn主要以Fe3+、Mn2+、Mn4+ 3种形式存在,Fe、Mn、O 3种元素中,Fe3+、Mn2+、Mn4+、O2-和表面羟基氧的摩尔比分别为20.49%、26.46%、5.60%、32.51%和14.91%. 研究显示,Fe-MnO_x催化剂具有金属离子溶出量低、催化性能良好等优良性能,能够有效催化PMS生成自由基,对水中的污染物具有良好的降解效果.      

超声波协同活性碳纤维活化过一硫酸盐降解AO7

采用超声波(US)和活性碳纤维(ACF)协同活化过一硫酸盐(PMS)产生硫酸根自由基(SO_4~-·)降解偶氮染料酸性橙7(AO7).在US/ACF/PMS体系中,当ACF投加量为0.3 g·L~(-1),n(PMS)/n(AO7)为20/1,US功率密度为10 W·cm~(-2)时,反应30 min后,AO7完全降解.其中,初始pH对AO7降解有较大的影响,pH为2.0时AO7降解效果最好;Cl~-对US/ACF/PMS体系降解AO7有促进作用,Cl-浓度越高,AO7降解速率越快;且ACF在重复使用4次时,协同US活化PMS对AO7仍具有较好的脱色率.通过总有机碳分析发现,US/ACF/PMS体系对染料AO7具有一定的矿化率.采用紫外可见光谱、气相色谱-质谱(GC/MS)对AO7降解过程进行了分析,表明AO7分子中偶氮键及萘环结构均被破坏,并进一步矿化为CO_2和H_2O.     

氮掺杂碳纳米管活化过一硫酸盐降解酸性橙AO7

采用氮掺杂多壁碳纳米管(N-CNT)作为固体活化剂,活化过一硫酸盐(PMS)氧化降解偶氮染料酸性橙7(AO7).结果表明,N-CNT活化PMS降解AO7比颗粒活性炭(GAC)效果好,N-CNT投加量为400mg/L、n(PMS)/n(AO7)为40/1时,反应60min可使AO7的脱色率达到99%;研究了N-CNT活化PMS降解AO7的降解机制,发现N-CNT活化PMS产生的自由基主要是SO4-·,活化场所在N-CNT的表面.在N-CNT/PMS体系中,初始pH值对降解AO7有较大的影响,当pH=3.0时AO7降解效果最好;Cl~-、SO_4~(2-)和CO_3~(2-)离子对AO7降解都存在一定促进作用,离子浓度越高,AO7降解速率越快.紫外可见光谱、TOC分析表明AO7分子中偶氮键及萘环结构均被破坏,并进一步矿化为CO_2和H_2O.     

丙酮/氯离子协同活化过一硫酸盐降解酸性橙

采用丙酮/氯离子（Cl^-）协同活化过一硫酸盐（PMS）降解偶氮染料酸性橙7（AO7）.研究发现,与Cl^-/PMS体系相比,丙酮/Cl^-/PMS体系降解AO7的效果显著增强,相应的AO7表观速率常数从0.0767增加到0.1725min^-1.考察了丙酮/Cl^-/PMS体系降解AO7的主要影响因素（初始pH值、Cl^-浓度、PMS浓度、丙酮浓度）.结果表明,在碱性环境下,随着Cl^-、PMS和丙酮浓度的增加,AO7的降解效果有所增强;研究丙酮/Cl^-/PMS体系降解AO7的降解机制.自由基猝灭实验表明,丙酮/Cl^-/PMS体系中没有自由基（硫酸根自由基（SO₄^－·）和羟基自由基（HO·））的产生,而次氯酸根（ClO^-）浓度在反应过程中逐渐增加,得出丙酮作为催化剂促进Cl^-和PMS产生更多HClO的结论.通过紫外可见光谱分析,表明AO7分子中偶氮键及萘环结构均被破坏.     

NC-PC锚定微量Fe活化PMS降解水中2,4-二氯苯氧乙酸

采用分步热分解法制备了NC-PC（三维多孔碳材料）锚定的微量Fe基催化剂,用于活化过一硫酸盐（PMS）氧化降解水中2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）.采用透射电子显微镜（TEM）、高精度比表面积仪（BET）、X射线光电子能谱分析（XPS）和电感耦合等离子体发射光谱分析（ICP）对催化剂进行表征.考察了不同金属、制备方法、催化剂投加量、PMS投加量、初始pH值以及水中不同阴离子（Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-）对2,4-D降解的影响.结果表明,通过热分解法合成的Fe-NC-PC对2,4-D具有更好的降解效果,当2,4-D初始浓度为0.1mmol/L,初始pH=3.4,催化剂投加量0.15g/L,PMS浓度0.7mmol/L时,反应20min内2,4-D的去除率可达91%.随着催化剂投加量、PMS投加量的提高,2,4-D的降解效果提高;随着初始pH值的提高,2,4-D的降解效率逐渐降低;水中不同阴离子（Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-）和腐殖酸（HA）对2,4-D的降解有轻微的抑制作用.通过自由基淬灭实验、EPR测试以及XPS分析了反应的主要活性物种和反应机理,发现材料制备过程中形成的Fe-N_x是主要的反应活性位,能够有效的活化PMS降解水中2,4-D,¹O₂在2,4-D的降解过程中起到主要作用.     

铁酸铜非均相活化过硫酸盐降解罗丹明B

采用新型磁性催化材料尖晶石型铁酸铜（CuFe₂O₄）活化过硫酸盐（PMS）降解氧杂蒽类染料罗丹明B（RhB）,考察PMS浓度、CuFe₂O₄投加量、pH值和水中常见离子对RhB降解的影响.结果表明,当RhB、PMS、CuFe₂O₄初始浓度分别为5 μmol/L、0.1mmol/L、0.1g/L时,在中性条件下反应30min后RhB去除率可达88.87%.其中,Cl^-和HCO₃^-对RhB的降解无显著影响,而H₂PO₄^2-、C₂O₄^2-及腐殖酸明显抑制RhB的降解.自由基鉴定实验表明,在中性及弱碱性条件下SO₄^-和·OH是CuFe₂O₄/PMS体系降解RhB的主要自由基.研究发现随着RhB的降解,溶液逐渐褪色并伴随着甲酸根、乙酸根、草酸根和铵根离子的生成,原因在于SO₄^-和·OH可以破坏RhB分子的发色基团,使苯环开环和氮原子脱落,形成相应的降解产物.矿化实验表明0.2mmol/L的RhB在CuFe₂O₄/PMS体系中反应10h后,矿化率可达62%.催化剂的重复利用实验表明制备的CuFe₂O₄具有良好回收再利用能力.     

α-Fe2O3砂芯微球制备及紫外辅助下活化PMS降解AO7

以FeCl₃为原料，尿素为沉淀剂，抗坏血酸为还原剂，聚乙烯吡咯烷酮为结构导向剂，纳米碳粉为模板，水热法制备了一种新型α-Fe₂O₃砂芯微球.通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和比表面积及孔径分析（BET/BJH）等手段对其结构和性能进行表征.结果表明新型α-Fe₂O₃砂芯微球尺寸均匀，直径为50μm左右，是由直径40nm"米粒状"纯相α-Fe₂O₃自聚而成，S_BET为25.45~32.46m²/g.在紫外（UV，高压汞灯）辐射下能够活化过硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）.40min内AO7的降解率可达98.6%，采用电子自旋共振（ESR）技术鉴定了主要的活性氧自由基（ROS）为SO₄^-·.此外发现PMS作为一种电子捕获剂，能有效抑制光生电子（e_CB^-）和空穴（h_VB⁺）的复合，AO7能直接和h_VB⁺、SO₄^-·和羟基自由基（OH·）反应而迅速被氧化降解；α-Fe₂O₃回收重复使用10次，仍可以达到80%以上的去除率.通过考察α-Fe₂O₃投加量、PMS浓度、初始pH值、阴离子和初始AO7浓度等不同条件对AO7降解率的影响，发现在初始pH值为7.0，α-Fe₂O₃的投加量为1.0g/L，PMS浓度为0.3g/L时，40min内对AO7的降解率可以达到99%以上；阴离子CO₃^2-、NO₃^-以及Cl^-对该体系均有不同程度的促进作用.     

C-N共掺杂固废衍生沸石的制备及其活化过一硫酸盐降解水中四环素的研究

碳基催化剂因其具有优异的催化活性、可控的表面活性特性和无二次污染的优点,在活化过硫酸盐去除水中有机污染物方面极具潜力. 然而,碳基材料存在制备成本高、重复使用催化活性大幅度降低等问题,限制了其实际应用. 以固废酒糟、粉煤灰为原料利用水热法制备新型掺碳沸石,通过进一步原位负载N得到具有高稳定性的C-N共掺杂沸石催化剂,并用于活化过一硫酸盐(PMS)降解四环素(TC). 结果表明:①制备的C-N共掺杂沸石催化剂具有一定吸附TC的效果及优异的活化PMS的性能,在一定范围内,TC的去除率随沸石、PMS投加量的增加而提高. ②对于初始浓度为10 mg/L的TC,沸石投加量为0.4 g/L、PMS投加量为3.25 mmol/L时,30 min对TC的去除率可达89.07%. ③该反应体系有较强的pH适应性,在pH为2~10范围内,体系对四环素的去除率保持在82.61%以上. ④无机阴离子Cl?对该体系降解TC有显著的促进作用,在Cl?浓度为0.2 mol/L时,20 min对TC的去除率可达100.00%. ⑤自由基淬灭试验表明,该降解反应中的非自由基(1O₂)发挥了主要作用. ⑥紫外可见吸收光谱分析的结果表明,反应过程中TC的苯环结构被破坏. ⑦催化剂重复利用3次后对TC的去除率仍达76.01%,高于含碳沸石对TC的去除率. 研究显示,C-N共掺杂沸石催化剂+PMS体系对TC具有较强的去除能力、适用范围广、重复利用率高.      

水凝胶负载BiOI活化过一硫酸盐降解尼泊金甲酯

以辐射聚合法合成的水凝胶为载体,采用化学沉淀法制备水凝胶基碘氧化铋复合光催化剂（p（HEA-APTMACl）-BiOI）.应用扫描电子显微镜（SEM）,X射线能谱仪（EDS）和X射线粉末衍射仪（XRD）对材料进行表征,结果显示,BiOI成功负载于水凝胶上.p（HEA-APTMACl）-BiOI活化过一硫酸盐（PMS）于可见光下可有效降解尼泊金甲酯（MP）.探究氧化剂投加量、BiOI负载量、MP初始浓度等因素对MP降解效率的影响,结果表明,p（HEA-APTMACl）、BiOI与PMS存在协同作用,且在MP初始浓度为0.328mmol/L,PMS浓度为1.5mmol/L,催化剂投加量为0.1g条件下,2h内MP去除率高达99%.Cl^-对MP降解速率有促进作用,SO₄^2-则相反,且HCO₃^-会抑制MP降解效率,NO₃^-和H₂PO₄^-对MP降解影响较小.     

共价三嗪骨架活化过一硫酸盐降解磺胺甲恶唑

通过微波合成技术制备磁性共价三嗪骨架材料（MCTF）.利用SEM、TEM和FTIR对其形貌特征和表面基团进行表征分析;测定分析其微观介孔结构与饱和磁化强度;并将合成的MCTF用于活化过一硫酸盐（PMS）降解磺胺甲恶唑（SMX）.研究了MCTF/PMS体系降解SMX的主要影响因素,包括MCTF投加量、PMS浓度、pH值、无机离子.研究表明：在MCTF投加量0.3g/L,PMS浓度1.50mmol/L,SMX初始浓度0.05mmol/L的室温条件下,30min内SMX的降解率可达100%.随pH值升高,SMX的降解率随之降低.SO₄^2-与HCO₃^-对SMX的降解具有抑制作用,Cl^-则具有双重作用.循环试验证明MCTF具有良好的重复利用性能.MCTF/PMS体系中降解SMX的活性物质为硫酸根自由基（SO₄^-·）和羟基自由基（·OH）,并主要在催化剂表面生成反应;通过UHPLC-MS/MS对SMX的降解途径与产物进行推测分析.