摻銀MnFe2O4催化臭氧分解水中DBP的研究.pdf

1、本文以雞蛋清作為發(fā)泡劑，使用溶膠-凝膠法制備了多孔結(jié)構(gòu)的磁性尖晶石MnFe2O4，并以其為基體分別摻入摩爾百分比為0.5％、1%、2%和5%的銀，將五種催化劑催化臭氧降解水中有機(jī)污染物鄰苯二甲酸二丁酯（DBP），對這五種催化劑的催化性能進(jìn)行了比較和研究。
　　本文中利用XRD、FTIR、SEM、BET、XPS、EDS、VSM等多種表征方法對催化劑的結(jié)構(gòu)、性能和表面形貌進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，催化劑為多孔狀尖晶石結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面

2、積，Ag+進(jìn)入MnFe2O4晶格結(jié)構(gòu)中，取代Mn2+的空間位置，屬于A位摻雜，隨著摻銀量的增加，晶格氧缺陷變大，摻銀后催化劑的磁性有所下降，但均屬于亞鐵磁性范疇。
　　研究了五種催化劑催化臭氧降解DBP的性能和重復(fù)利用性能，分析了初始pH值、催化劑投加量、DBP初始濃度、水中陰陽離子等因素對實(shí)驗(yàn)的影響，探討了不同催化體系和不同反應(yīng)條件（不同初始 pH和不同催化劑投加量）下臭氧利用率與DBP降解動力學(xué)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，0.5%A

3、g/MnFe2O4的催化性能最佳，相比MnFe2O4，對DBP的去除率提高了23.6%，五種催化體系中，當(dāng)初始pH值在催化劑等電點(diǎn)（pHPZC=7.3）和投量為10mg/L時達(dá)到最佳去除效果，DBP的去除率隨著初始濃度的增大而減小，Na+、Mg2+、Ca2+和NO3-等水體中常見陰陽離子對催化體系并無影響，Cl-會小幅降低體系的催化效果。催化臭氧降解DBP體系均符合準(zhǔn)一級反應(yīng)動力學(xué)方程，反應(yīng)速率與催化效果相吻合，不同催化體系和不同條件下

4、的表觀速率常數(shù) k對催化體系的臭氧利用率 R均符合線性關(guān)系。
　　利用拉曼光譜、電化學(xué)工作站和XPS等分析手段，同時結(jié)合磷酸鹽和叔丁醇實(shí)驗(yàn)，全面研究了催化劑與臭氧分子之間的反應(yīng)機(jī)理，分析了摻銀 MnFe2O4的催化性能增強(qiáng)的原因。結(jié)果表明，催化臭氧的過程為：水中的羥基先吸附在催化劑表面，臭氧分子與表面羥基以五元環(huán)的形式相結(jié)合，誘發(fā)臭氧分子的分解反應(yīng)，產(chǎn)生大量的活性中間基團(tuán)（HO-·2、·OH等），依靠強(qiáng)氧化性基團(tuán)·OH氧化降解水中

5、DBP。銀摻入MnFe2O4后，一方面能夠增大 MnFe2O4的晶格氧缺陷，增強(qiáng)其吸附表面羥基的能力；另一方面，銀在催化反應(yīng)中起到傳遞電子的媒介作用，降低了催化劑與臭氧分子之間氧化還原反應(yīng)的活化能，提高了催化劑的還原性，加快了·OH的生成速率，增強(qiáng)了催化體系對DBP的降解效果。反應(yīng)中產(chǎn)生了中間產(chǎn)物Ag0會與臭氧分解的?OH連續(xù)作用消耗一部分·OH，造成銀摻量越大反而催化效果有所下降的結(jié)果，但總體催化效果高于MnFe2O4，因此少量銀摻入