形貌可控α-MnO2催化PMS降解水中苯酚的研究.pdf

1、近些年來(lái)，在高級(jí)氧化技術(shù)領(lǐng)域，建立在硫酸根自由基這一理論基礎(chǔ)上的高級(jí)氧化技術(shù)得到了比較廣泛的研究。目前在過(guò)硫酸鹽的各種活化方式中，利用過(guò)渡金屬氧化物進(jìn)行非均相催化以其高效安全的特點(diǎn)逐漸引起關(guān)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(guò)硫酸氫鉀）降解水中苯酚，考察了α-MnO2/PMS非均相體系對(duì)于苯酚的降解處理效果，研究了制備過(guò)程中的

2、條件和反應(yīng)初始條件的改變對(duì)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(guò)沉淀煅燒法制備橢球狀α-MnO2催化劑，并進(jìn)行了X射線衍射和掃描電鏡表征。初步考察了其對(duì)PMS的催化效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，苯酚60 min降解率為87.03％，TOC（Total Organic Carbon，總有機(jī)碳）去除率為74.52%，顯示其具有良好的催化活性。通過(guò)研究沉淀煅燒法α-MnO2制備條件對(duì)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(shí)間2 h；反應(yīng)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(shí)，苯酚在60 min可以完全降解。催化劑重復(fù)使用4次，催化效果下降幅度小于5%，性能穩(wěn)定。
　　通過(guò)高錳酸鉀水熱法制備了纖維狀催化劑α-MnO2，并進(jìn)行了X射線衍射和掃描電鏡表征。初步考察了其對(duì)PMS的催化效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，10 min時(shí)苯酚降解率即達(dá)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(guò)研究水熱法α-MnO2制備條件對(duì)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(shí)間6 h。反應(yīng)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(shí)，苯酚在60 min可以完全降解。初步確定反應(yīng)體系中存在SO4·?和OH·，通過(guò)改變反應(yīng)溫度對(duì)苯酚降解進(jìn)行表觀動(dòng)力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)苯酚的催化降解反應(yīng)符合一階動(dòng)力學(xué)方

5、程。催化劑重復(fù)使用4次，催化效果下降幅度小于7%，性能穩(wěn)定。
　　通過(guò)測(cè)定比表面積和總孔容積，發(fā)現(xiàn)特殊制備方法會(huì)讓?duì)?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(guò)對(duì) X射線光電子能譜進(jìn)行分析，推測(cè)其催化反應(yīng)機(jī)理為：催化劑在催化反應(yīng)中發(fā)生≡Mn(Ⅳ)與≡Mn(Ⅲ)之間的轉(zhuǎn)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(jī)理層面解釋了水熱法α-