形貌可控α-MnO2催化PMS降解水中苯酚的研究.pdf

1、近些年來，在高級氧化技術領域，建立在硫酸根自由基這一理論基礎上的高級氧化技術得到了比較廣泛的研究。目前在過硫酸鹽的各種活化方式中，利用過渡金屬氧化物進行非均相催化以其高效安全的特點逐漸引起關注。
　　本論文分別使用兩種方法制備了催化劑阿爾法晶型二氧化錳（α-MnO2）用于催化氧化劑 PMS（Peroxymonosulphate，過硫酸氫鉀）降解水中苯酚，考察了α-MnO2/PMS非均相體系對于苯酚的降解處理效果，研究了制備過程中的

2、條件和反應初始條件的改變對最終降解效果的影響，并探討了兩種方法制備的α-MnO2催化性能差異原因。
　　通過沉淀煅燒法制備橢球狀α-MnO2催化劑，并進行了X射線衍射和掃描電鏡表征。初步考察了其對PMS的催化效果，實驗結果表明，苯酚60 min降解率為87.03％，TOC（Total Organic Carbon，總有機碳）去除率為74.52%，顯示其具有良好的催化活性。通過研究沉淀煅燒法α-MnO2制備條件對催化活性的影響，確定

3、了α-MnO2的最佳制備條件為煅燒溫度300℃，煅燒時間2 h；反應條件為室溫下pH=7，苯酚濃度50 mg/L，PMS濃度1 mM，α-MnO2濃度1.5 g/L時，苯酚在60 min可以完全降解。催化劑重復使用4次，催化效果下降幅度小于5%，性能穩(wěn)定。
　　通過高錳酸鉀水熱法制備了纖維狀催化劑α-MnO2，并進行了X射線衍射和掃描電鏡表征。初步考察了其對PMS的催化效果，實驗結果表明，10 min時苯酚降解率即達100%，60

4、 minTOC去除率為93.12%，顯示其具有非常好的催化活性。通過研究水熱法α-MnO2制備條件對催化活性的影響，確定了最佳制備條件為水熱溫度160℃，水熱時間6 h。反應條件為室溫下pH=7，苯酚濃度50 mg/L，PMS濃度0.65 mM，α-MnO2濃度0.25 g/L時，苯酚在60 min可以完全降解。初步確定反應體系中存在SO4·?和OH·，通過改變反應溫度對苯酚降解進行表觀動力學分析，發(fā)現(xiàn)苯酚的催化降解反應符合一階動力學方

5、程。催化劑重復使用4次，催化效果下降幅度小于7%，性能穩(wěn)定。
　　通過測定比表面積和總孔容積，發(fā)現(xiàn)特殊制備方法會讓α-MnO2晶體具有更高的比表面積和總孔容積，這是其產(chǎn)生催化活性差異的主要表觀原因。通過對 X射線光電子能譜進行分析，推測其催化反應機理為：催化劑在催化反應中發(fā)生≡Mn(Ⅳ)與≡Mn(Ⅲ)之間的轉化并產(chǎn)生硫酸根自由基，而水熱法α-MnO2的≡Mn(Ⅲ)含量高于沉淀法α-MnO2，這也就從深層次的機理層面解釋了水熱法α-