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.      

MnFe2O4活化过一硫酸盐降解废水中LAS

采用共沉淀法制备了铁锰双金属复合催化剂（MnFe₂O₄）,用于活化过一硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）氧化降解水中阴离子表面活性剂（LAS）.采用傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对催化剂进行表征,表明成功合成了具有尖晶石结构的MnFe₂O₄催化剂.考察了催化剂投加量、PMS投加量以及初始pH值等各种因素条件对LAS的降解效率以及反应动力学的影响.实验结果表明,MnFe₂O₄活化PMS降解LAS的过程符合准一级动力学（R²>0.9）.在LAS初始浓度为80mg/L,催化剂投加量为2.0g/L,PMS的浓度为2.5mmol/L,初始pH值为7.0,反应时间为30min的情况下,LAS降解效率达到94.1%,此时LAS的降解速率常数达到0.192min^-1.通过自由基猝灭实验证明了MnFe₂O₄/PMS体系中起主要氧化降解作用的活性自由基为SO₄^-·.通过反应前后催化剂的X射线光电子能谱（XPS）,证实Fe和Mn之间存在协同作用,提高了MnFe₂O₄对PMS的活化效率.     

载铁沸石催化H2O2降解阳离子红X-GRL染料废水

以天然沸石为载体,FeSO₄·7H₂O溶液为浸渍液,采用浸渍蒸干法制备载铁沸石非均相类Fenton反应催化剂,并用其催化H₂O₂降解阳离子红X-GRL染料废水。结果表明,浸渍液浓度为0.18 mg/L、煅烧温度为300 ℃时制备的催化剂铁含量较高、催化效果和稳定性较好。当反应时间为120 min、溶液pH为3.0、催化剂投加量为20.0 g/L、H₂O₂投加量为30.0 mmol/L时,催化降解效果最佳,对染料废水TOC、色度、COD_Cr和TN的去除率分别为60.3%、99.4%、55.5%和49.9%;载铁沸石催化剂重复使用3次后,仍具有一定的催化效果。     

Fe3O4-RGO纳米复合催化剂类芬顿处理垃圾渗滤液

采用共沉淀法制备Fe₃O₄-RGO纳米复合催化剂,并将其应用于类芬顿处理垃圾渗滤液,研究了反应时间、初始pH值、催化剂质量浓度和H₂O₂投加量对Fe₃O₄-RGO纳米复合催化剂类芬顿降解垃圾渗滤液COD去除率的影响。结果表明:反应时间为90 min,初始pH值为3,催化剂质量浓度为1 mg/L,H₂O₂投加量为0.08 mmol/L时,COD去除率达到最大值64.7%。有机物组分对比结果显示,类芬顿反应后垃圾渗滤液中大分子有机物得到较好的降解转化。Fe₃O₄-RGO纳米复合催化剂具有较好的重复利用性,重复使用5次后对垃圾渗滤液的COD去除率仅降低2.3%。     

CdSe QDs/TiO2复合催化剂对氨氮废水的光降解性能研究

针对氨氮废水的有效处理,文章以水相合成法制备CdSe量子点溶液,通过巯基丙酸将CdSe量子点负载在P25载体上,制备了CdSe QDs/TiO₂复合光催化剂。通过TEM、XRD、XPS和EIS等表征测试结果,分析证实了复合催化剂的结构和可见光吸收能力。在弱碱条件下,通过考察助催化剂、CdSe QDs负载量、催化剂投加量和氨氮初始浓度等因素,评价了该体系在多因素影响下的光催化降解效率。结果表明,氨氮初始浓度为50 mg/L,pH=9,CdSe QDs负载量为1%,催化剂添加量为0.05 g,K₂S₂O₈添加量为0.054 g (2 mmol/L)时,光催化降解效果最佳,氨氮降解率达到81.79%。通过活性物质捕获实验研究了CdSe QDs/TiO₂光催化降解氨氮废水的机理,证实了体系中主要氧化活性物质为·O₂^-。     

新型Fe3O4@α-MnO2活化过一硫酸盐降解水中偶氮染料

采用两步水热法制备了新型磁性纳米Fe₃O₄@α-MnO₂复合材料作为催化剂,用于活化过一硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）氧化降解偶氮染料活性黑5（RBK5）.采用透射电子显微镜（TEM）,X射线粉末衍射仪（XRD）和振动样品磁强计（VSM）对制备的催化剂进行表征,证明成功合成了纳米α-MnO₂包覆Fe₃O₄形态的Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂,催化剂的饱和磁化强度为39.89emu/g.Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS与单一的Fe₃O₄和α-MnO₂活化PMS相比,具有更高的催化效率,说明铁锰双金属存在协同作用.同时研究了催化剂的投加量、PMS的浓度和初始pH值等各种因素对RBK5的降解效率以及反应动力学的影响.实验结果表明,Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS降解RBK5的过程符合准一级反应动力学,在催化剂投加量为1.2g/L,PMS的浓度为4mmol/L,初始pH值为7.0,反应时间为60min的情况下,浓度为30mg/L的RBK5的降解效率可达到91%,此时RBK5的降解速率常数也达到最高值0.023min^-1.此外,通过加入自由基淬灭剂甲醇、叔丁醇和硝基苯判断了Fe₃O₄@α-MnO₂/PMS体系中起主要氧化降解作用的活性物种为SO₄^-·.     

TiO2/陶粒光催化降解甲基橙研究

采用溶胶-凝胶法制备了以陶粒为载体的新型、高光催化活性的复合光催化剂TiO2/陶粒,使用XRD、TG-DTA、FT-IR进行表征;以甲基橙为目标降解物,考察了焙烧温度、催化剂投加量、初始pH值等因素对甲基橙去除效果的影响。结果表明:甲基橙初始浓度为100 mg/L时,最佳降解条件是pH=3,焙烧温度700℃,催化剂投加量30 g/L。     

球磨－煅烧法制备Fe3O4-CuxO及其活化Oxone降解盐酸左氧氟沙星

采用机械球磨-煅烧方法成功制备Fe₃O₄-Cu_xO复合材料,利用SEM、XRD与多功能磁学测量系统等手段对复合材料进行表征,并对其催化Oxone降解水体中盐酸左氧氟沙星的性能进行评估.考察了煅烧温度、球磨时Fe与CuO的质量比对该复合材料的催化性能影响.复合材料降解盐酸左氧氟沙星（LVF）实验探究了材料投加量、Oxone浓度、pH值等因素的影响.结果表明：当煅烧温度为300℃,Fe与CuO的质量比为1：1时材料催化性能最佳;重复性实验结果表明该催化剂具备较好的稳定性.当LVF的初始浓度为10mg/L时,最优降解条件为：催化剂投加量为1.4g/L、Oxone浓度为0.6mmol/L,pH值为11,反应60min后,LVF的降解率达到99.5%.淬灭实验及ESR分析证实LVF的降解是由SO₄^-·与·OH共同作用的结果.     

絮凝污泥制备光催化剂及降解活性艳红K-2BP研究

利用絮凝污泥制备复合光催化剂,研究了其对模拟染料废水活性艳红K-2BP的光催化降解效率,并采用X射线衍射仪对其进行了结果表征。详细考察了催化剂煅烧温度、催化剂中钛含量、催化剂投加量、溶液pH值等不同条件对活性艳红K-2BP染料废水的光催化降解效果。实验结果表明,聚硅硫酸钛的n(Ti)∶n(Si)=5∶1,投加量为200mg/L,絮凝pH=5时的絮凝污泥在600℃煅烧2h制得复合光催化剂具有较高活性,当复合光催化剂投加量为500mg/L,光催化反应pH为4时光催化活性最好,此时对50mg/L的活性艳红K-2BP的降解率可达到97.2%。     

TiO2/GO复合材料紫外光催化降解水中腐植酸

采用溶胶凝胶法在最优煅烧温度(350℃)下,制备不同石墨烯(GO)负载比例的TiO₂/GO复合光催化材料,通过SEM、XRD、Raman、FT-IR、TGA、BET等技术表征并分析材料的表面形貌、晶相结构、官能团与化学键合等特征,进而探究该复合材料在紫外光下对水中腐植酸(HA)的降解性能和机理。结果表明:随着石墨烯(GO)负载比例的增大,TiO₂/GO复合催化剂粒径变小,比表面积增大,有层次的形貌空隙有效减小了团聚,提升了光生载流子迁移效率;Raman光谱中1350 cm^-1和1600 cm^-1的2处特征峰验证GO成功负载,且晶型仍以锐钛矿相为主;3%GO负载量的TiO₂/GO光催化性能最优。当TiO₂/3%GO投加量为0.5 g/L,水中HA初始浓度为10 mg/L时,在紫外光下催化反应1 h后降解率达到84.7%,其降解速率常数为0.0313 min^-1。     

焙烧条件对热聚合法制备石墨相氮化碳光催化性能的影响及其机理

以三聚氰胺、硝酸为原料,采用热聚合法制备石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,研究了不同焙烧温度对石墨相氮化碳光催化性能的影响。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）以及光致发光光谱（PL）等技术对石墨相氮化碳样品的形貌、化学组成、晶体结构等理化性质进行表征,通过光催化降解实验探究石墨相氮化碳的催化活性。实验结果表明:当焙烧温度为550℃时,制备的石墨相氮化碳样品光催化性能最好。当催化剂投加量为0.04 g时,可见光照射50 min后,对50 mL浓度10 mg/L的罗丹明B（RhB）溶液的降解效率可达到91.7%。适宜的焙烧温度能够使光催化剂的光吸收能力增强,并促进光生电子（e-）和空穴（h+）分离。     

Fe3O4-nZVI类Fenton法降解水中磺胺甲恶唑

采用共沉淀和液相还原两步法制得四氧化三铁负载纳米零价铁(Fe₃O₄-nZVI),将其作为类Fenton反应的催化剂用于水中磺胺甲恶唑(SMX)的降解.通过批实验法研究了H₂O₂浓度、Fe₃O₄-nZVI投加量、pH值、SMX初始浓度、反应温度等因素对SMX降解的影响.SEM、EDS、XRD和XPS表征结果表明,制备的Fe₃O₄-nZVI为纳米级磁性复合材料.批实验结果表明,在一定实验条件范围内,提高H₂O₂浓度、Fe₃O₄-nZVI投加量和反应温度,以及降低体系pH值,均可提高SMX的降解率.动力学拟合参数表明,SMX的类Fenton催化降解符合拟一级动力学模型.在25℃时,当H₂O₂浓度为10mmol/L、Fe₃O₄-nZVI投加量为0.8g/L、pH=3、SMX初始浓度为10mg/L,SMX在180min时的降解率为99.61%.用VSM测得Fe₃O₄-nZVI的饱和磁化强度为105.52emu/g,表明其易于磁回收.重复利用实验表明,Fe₃O₄-nZVI具有较好的反应活性和稳定性.自由基淬灭实验表明,·OH的氧化作用是SMX降解的主要机理.     

TiO2/硅藻土光催化氧化降解甲基橙的研究

使用经过预处理的硅藻土做载体,采用溶胶-凝胶法制备硅藻土负载二氧化钛光催化剂,利用XRD和EDS对其进行表征.通过分析光催化反应的主要影响因素,研究了硅藻土负载二氧化钛光催化剂对甲基橙的催化降解效果.结果表明：负载3次,在550℃焙烧2h,制备出的负载型催化剂催化活性较高,催化剂上的TiO2为锐钛矿结构.当催化剂投加量为lg/L,溶液初始浓度为15 mg/L,pH为3,H2O2为2 mmol/L时,对甲基橙的降解效果达到最佳.     

紫外光芬顿-膜分离耦合体系降解金霉素

以金霉素为降解对象，采用沉淀法制备α-FeOOH光催化剂，进一步将其用共价结合法负载在陶瓷膜上，用SEM、XRD、EDS、UV-Vis和FTIR对α-FeOOH和光催化陶瓷膜进行表征.结果表明催化剂α-FeOOH呈针状或纺锤长片状，长宽分别为500~550nm、25~50nm，经α-FeOOH改性的陶瓷膜孔隙率由14.83%变为8.11%.研究光芬顿陶瓷膜耦合体系对金霉素的降解效率和动力学行为，确定了光芬顿陶瓷膜耦合体系的最优降解条件为金霉素初始浓度50mg/L，H₂O₂投加浓度10mmol/L，UV强度为3796.6μW/cm².进一步利用UV-Vis光谱分析了两种体系对金霉素的降解机理，光催化剂体系下，H₂O₂的浓度基本保持不变，而光芬顿陶瓷膜耦合体系下H₂O₂的浓度先升后降，同时后者在同一时间点对TOC和NH₄⁺-N去除率更高，表明光芬顿陶瓷膜耦合体系氧化能力更强，对金霉素的降解更为彻底.     

TiO2/生物炭复合材料处理低浓度氨氮废水

为研究功能复合材料对低浓度氨氮〔ρ(NH₄+-N)≤50 mg/L〕废水的处理效果,采用水热法制备TiO₂/生物炭复合材料,并在自制光催化反应装置中对低浓度氨氮废水进行处理,考察TiO₂负载量、温度、pH等因素对NH₄+-N去除过程的影响以及催化的最终降解产物.结果表明,TiO₂/生物炭复合材料能有效催化去除废水中的NH₄+-N,其优化处理条件:ρ(NH₄+-N)为50 mg/L,TiO₂/生物炭复合材料投加量为1.5 g/L,254 nm紫外灯照射120 min,TiO₂负载量为20%,废水初始pH为11.0,曝气量为150 mL/min.在优化处理条件下,当温度为60 ℃时NH₄+-N去除率可达100%,常温(30 ℃)下可达67%.反应最终产物中ρ(NO₂--N)非常低,并且无NO₃--N生成.研究显示,TiO₂/生物炭复合材料具有将NH₄+-N转化为N₂的良好光催化氧化选择性.