基于高活性自由基非均相催化PMS-H2O2體系的構(gòu)建和性能調(diào)控.pdf

1、本文以綠色高效去除持久性有毒有機(jī)污染物為目標(biāo)，針對活性自由基生成速率及效率的催化劑優(yōu)化指標(biāo)，提出復(fù)合雙金屬氧化物（MnFe2O4、 ZnFe2O4和CoxMn3-xO4）表面結(jié)構(gòu)與電子輸運(yùn)等優(yōu)化策略，并結(jié)合材料可控合成手段，設(shè)計(jì)并制備石墨烯、石墨相氮化碳等碳基負(fù)載型催化劑（MnFe2O4-rGO和ZnFe2O4-C3N4），揭示生長機(jī)理，構(gòu)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(jī)污染物，探明降解歷程及催化機(jī)制，詮釋催化材料組成、結(jié)構(gòu)與催化性能間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)催化劑循環(huán)利用。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)通過改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨，再以之為前驅(qū)體采用化學(xué)還原沉積法制備了MnFe2O4-rGO復(fù)合材料，同途徑不添加氧化石墨制備了MnFe2O4。系列表征結(jié)果顯示MnFe2O4-rGO是由石墨烯和其片層上負(fù)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(chǎn)生SO4-·降解金橙Ⅱ等有機(jī)染料，且降解過程符合偽一階反應(yīng)動力學(xué)，通過計(jì)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(yīng)存在或多或少的抑制或促進(jìn)作用，催化反應(yīng)速率常數(shù)則隨Cl-濃度和反應(yīng)溫度的升高而增大，催化反應(yīng)機(jī)理也由此提出。MnFe2O4和MnFe2O4-rGO易于磁回收，且循環(huán)降解有機(jī)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(fù)合材料。系列表征結(jié)果顯示g-C3N4為片層結(jié)構(gòu)，ZnFe2O4顆粒雜亂地負(fù)載于g-C3N4表面形成異質(zhì)結(jié)。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(yīng)動力學(xué)，ZnFe2O4/g-C3N4質(zhì)量比為2∶3的ZnFe2O4-C3N4

5、復(fù)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(zhì)結(jié)促進(jìn)光生電子與空穴分離，也可作為催化劑促進(jìn)H2O2分解生成·OH。ZnFe2O4-C3N4復(fù)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(jié)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(gòu)成。CoxMn3-xO4/PMS降解有機(jī)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(jī)染料。CoMn2O4/PMS反應(yīng)體系對羅丹明B的降解效率隨反應(yīng)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(yīng)機(jī)理研究中抑制實(shí)驗(yàn)證明