介孔分子篩-Fenton復合催化劑的制備及其降解有機污染物性能的研究.pdf

1、Fenton催化技術因為在水處理方面的高效性，自發(fā)現(xiàn)以來一直是環(huán)境學科的研究熱點。均相 Fenton技術早已被廣泛用于難降解廢水的預處理，但是也存在著適用pH范圍窄、易產生大量鐵泥沉淀等不足。近年來非均相 Fenton催化技術因具有材料易得、二次污染低等優(yōu)點已經(jīng)替代均相技術成為Fenton催化研究的熱點。但是非均相Fenton催化也同樣存在兩個瓶頸問題：催化劑的活性低和催化劑從反應液中分離困難。本文以介孔分子篩MCM-41作為非均相Fe

2、nton催化劑的載體，通過引入過渡金屬等離子提高催化劑的活性，并通過設計具有磁性的核殼結構的復合催化劑，解決催化劑回收難的問題。論文的主要研究內容與成果如下:
　　（1）利用室溫共沉淀法，將雙金屬活性中心引入含鋁介孔分子篩MCM-41材料中，制成了一種高效的含有Fe/Cu雙催化中心的Fenton催化劑（Fe/Cu-Al-MCM-41）。通過對催化劑的分析測試表明，F(xiàn)e/Cu金屬離子的引入并未改變MCM-41載體規(guī)則的孔道結構，且金

3、屬活性中心高度分散在載體表面。這種催化劑與不含鋁的單金屬催化劑或雙金屬催化劑相比，具有優(yōu)異的Fenton催化降解苯酚活性和良好的穩(wěn)定性。在pH=4、60℃和0.049 mol/L的H2O2投量的反應條件下，200 mg/L的苯酚溶液的TOC去除效率高達47％。經(jīng)Al負載后的復合催化劑對H2O2的利用率也明顯提高。通過Zeta電位測定的結果發(fā)現(xiàn)，這種復合催化劑具有較高活性的原因是，在MCM-41表面負載Al后，載體表面的含氧官能團增多，使

4、得H2O2向H2O和O2的分解得到抑制。XPS的研究表明，金屬活性中心周圍的電子云密度提高，造成H2O2在活性中心周圍的吸附量增大，這也是催化劑活性提高的重要原因。
　?。?）采用溫和、簡單的方法，合成了一種可通過外界磁場進行有效分離的磁性核殼結構介孔分子篩催化劑。在合成過程中，先利用檸檬酸鈉對作為磁核的γ-Fe2O3進行表面改性，提高其在液相中的分散性，同時也考察檸檬酸鈉改性液濃度對其分散的影響。隨后，通過納米組裝技術將MCM-

5、41介孔層包裹在磁核上，在550℃高溫煅燒去除模板劑后，制得磁性介孔分子篩。通過在合成前驅液中投加鐵鹽，將Fe活性中心引入復合材料，制得一種新穎的磁性Fenton催化劑。
　?。?）對磁性介孔催化劑的Fenton催化降解有機物的性能進行研究。通過對Fenton催化降解性能的考察，優(yōu)化催化劑的合成工藝，進一步提高催化劑的穩(wěn)定性和降低催化原料的使用量。結果表明，在磁核外部包裹一層極薄的SiO2中間層，可以使得磁性介孔分子篩更加穩(wěn)定，同