基于高活性自由基非均相催化PMS-H2O2體系的構建和性能調控.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、本文以綠色高效去除持久性有毒有機污染物為目標,針對活性自由基生成速率及效率的催化劑優(yōu)化指標,提出復合雙金屬氧化物(MnFe2O4、 ZnFe2O4和CoxMn3-xO4)表面結構與電子輸運等優(yōu)化策略,并結合材料可控合成手段,設計并制備石墨烯、石墨相氮化碳等碳基負載型催化劑(MnFe2O4-rGO和ZnFe2O4-C3N4),揭示生長機理,構建MnFe2OdPMS(過一硫酸氫鹽)、MnFe2O4-rGO/PMS、ZnFe2O4-C3N4/

2、H2O2/vis和CoMn2O4/PMS等體系去除水中有機污染物,探明降解歷程及催化機制,詮釋催化材料組成、結構與催化性能間的關系,實現(xiàn)催化劑循環(huán)利用。具體研究內容如下:
  (1)通過改進的Hummers法制備了氧化石墨,再以之為前驅體采用化學還原沉積法制備了MnFe2O4-rGO復合材料,同途徑不添加氧化石墨制備了MnFe2O4。系列表征結果顯示MnFe2O4-rGO是由石墨烯和其片層上負載的MnFe2O4納米顆粒共同組成。M

3、nFe2O4和MnFe2O4-rGO均能高效活化PMS產生SO4-·降解金橙Ⅱ等有機染料,且降解過程符合偽一階反應動力學,通過計算得出MnFe2O4-rGO的活化能(25.7 kJ/mol)比MnFe2O4(31.7 kJ/mol)更低。不同陰離子對降解反應存在或多或少的抑制或促進作用,催化反應速率常數(shù)則隨Cl-濃度和反應溫度的升高而增大,催化反應機理也由此提出。MnFe2O4和MnFe2O4-rGO易于磁回收,且循環(huán)降解有機污染物過程

4、中能保持穩(wěn)定的催化活性。
  (2)通過溶劑熱法制備了ZnFe2O4納米顆粒,兩步煅燒法合成了g-C3N4,再通過回流法制備了磁性ZnFe2O4-C3N4復合材料。系列表征結果顯示g-C3N4為片層結構,ZnFe2O4顆粒雜亂地負載于g-C3N4表面形成異質結。ZnFe2O4-C3N4/H2O2/vis體系能有效催化降解金橙Ⅱ染料,且降解過程符合偽一階反應動力學,ZnFe2O4/g-C3N4質量比為2∶3的ZnFe2O4-C3N4

5、復合光催化劑具有較高的催化降解速率常數(shù)0.012 min-1。研究表明,g-C3N4可與ZnFe2O4形成異質結促進光生電子與空穴分離,也可作為催化劑促進H2O2分解生成·OH。ZnFe2O4-C3N4復合催化劑易于磁回收,且循環(huán)降解染料過程中能保持穩(wěn)定的催化活性。
  (3)通過溶劑熱、煅燒法制備了系列CoxMn3-xO4(x=0.5、1.0和2)催化劑,系列表征結果顯示CoMn2O4樣品由70~80 nm尺寸的納米顆粒聚集成的

6、直徑在0.25~0.35μm間的規(guī)則微球構成。CoxMn3-xO4/PMS降解有機污染物的研究表明,CoMn2O4催化劑活化PMS的性能比Co3O4、 Mn2O3和兩者物理混合的性能更好,且優(yōu)于其他不同Co/Mn元素比例的催化劑,可高效降解羅丹明B等有機染料。CoMn2O4/PMS反應體系對羅丹明B的降解效率隨反應溫度的升高而提升,隨黃腐酸濃度的升高而降低。CoMn2O4循環(huán)降解染料過程中能保持穩(wěn)定的催化活性。反應機理研究中抑制實驗證明

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