介孔分子篩-Fenton復(fù)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(shù)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(xué)科的研究熱點。均相 Fenton技術(shù)早已被廣泛用于難降解廢水的預(yù)處理，但是也存在著適用pH范圍窄、易產(chǎn)生大量鐵泥沉淀等不足。近年來非均相 Fenton催化技術(shù)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(shù)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(yīng)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(shè)計具有磁性的核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合催化劑，解決催化劑回收難的問題。論文的主要研究內(nèi)容與成果如下:
　?。?）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(jié)構(gòu)，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(yīng)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(fù)合催化劑對H2O2的利用率也明顯提高。通過Zeta電位測定的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種復(fù)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。
　　（2）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(jié)構(gòu)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(shù)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(qū)液中投加鐵鹽，將Fe活性中心引入復(fù)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(jié)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