纖維素基復(fù)合催化劑的制備及其在酸性橙Ⅱ降解中的應(yīng)用.pdf

1、隨著印染行業(yè)的發(fā)展，印染廢水的成分變得越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的處理方法如混凝沉淀、膜技術(shù)、生物法、吸附法等都難以達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，能高效處理高濃度難降解有機(jī)污染物的高級(jí)氧化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中基于硫酸根自由基的過硫酸鹽氧化技術(shù)因其pH適用范圍廣、氧化能力強(qiáng)、失活因素少等優(yōu)勢(shì)逐漸成為了研究的熱點(diǎn)。研究表明，在活化過硫酸鹽的四種方法中，過渡金屬催化法操作最簡單，能耗低，適用范圍最廣泛，其中催化效果最好的是金屬鈷。迄今為止，人們已經(jīng)研發(fā)了

2、多種催化性能良好的以氧化石墨烯為載體負(fù)載鈷的催化劑，但這些催化劑親水性較強(qiáng)，粒徑相對(duì)較小，不易回收，催化劑損失量較大。因此，尋找一種即有較高催化活性又能方便回收的催化劑勢(shì)在必行。纖維素是一種廣泛存在于自然界中的可生物降解的環(huán)保生物材料，相比于人工合成材料具有可再生、成本低、儲(chǔ)量大等優(yōu)勢(shì)。而氧化纖維素作為纖維素的一種衍生物同樣具有強(qiáng)度高、再生性好、可被微生物降解、沒有毒性等優(yōu)點(diǎn)。研究表明，將氧化纖維素與其它材料復(fù)合能顯著提高復(fù)合材料的機(jī)械

3、性能。本文首先將四氧化三鈷（Co3O4）負(fù)載到氧化石墨烯（GO）上，然后通過無機(jī)/有機(jī)共混改性的方法將氧化纖維素（TOCNs）摻雜到其中，制備了顆粒尺寸約為5mm的可自沉淀回收的復(fù)合催化劑Co3O4/GO/TOCNs。從催化劑的催化性能和穩(wěn)定性、無機(jī)鹽離子對(duì)反應(yīng)體系的影響以及活性炭改性這幾個(gè)方面進(jìn)行了研究。
　?。?）可自沉淀回收復(fù)合催化劑Co3O4/GO/TOCNs的制備及表征首先用改良的Hummers法和TEMPO法分別制備了

4、氧化石墨和氧化纖維素（TOCNs），再利用正己醇熱熔劑法將 Co3O4負(fù)載于氧化石墨烯（GO）上制備了 Co3O4/GO，最后通過無機(jī)/有機(jī)共混改性的方法將氧化纖維素（TOCNs）摻雜到其中，制備了顆粒尺寸約為5mm的可自沉淀回收的復(fù)合催化劑Co3O4/GO/TOCNs，對(duì)制備的材料采用XRD、FT-IR、SEM、TEM等手段進(jìn)行表征，結(jié)果表明Co3O4/GO/TOCNs已成功制得且納米級(jí)的Co3O4能在載體上比較均勻的分布。
　

5、?。?）Co3O4/GO/TOCNs的催化性能和穩(wěn)定性能測(cè)試
　　以 Co3O4/GO/TOCNs為催化劑，研究了其催化單過硫酸氫鹽（PMS）氧化降解酸性橙Ⅱ的性能。結(jié)果顯示：反應(yīng)體系的溫度、pH值等對(duì)反應(yīng)影響很大且氧化劑和催化劑的投加量均存在一個(gè)最佳值。當(dāng)酸性橙Ⅱ初始濃度為0.2mmol/L，Co3O4/GO/TOCNs投加量為0.5g/L，PMS投加量為2mmol/L，反應(yīng)過程調(diào)節(jié)pH=7，溫度為25℃時(shí)，酸性橙Ⅱ可在6min

6、內(nèi)完全脫色且催化劑可自沉降回收。
　　對(duì)Co3O4/GO/TOCNs催化PMS降解酸性橙Ⅱ進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究，結(jié)果表明：利用不同反應(yīng)溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)進(jìn)行擬合求得催化反應(yīng)的活化能為20.612kJ/mol，低于傳統(tǒng)的Fenton氧化技術(shù)，說明Co3O4/GO/TOCNs/PMS體系降解酸性橙Ⅱ的能力高于傳統(tǒng)的Fenton氧化技術(shù)。
　　Co3O4/GO/TOCNs在循環(huán)使用6次后仍可在12min內(nèi)催化PMS將酸性橙Ⅱ完全脫色

7、，且循環(huán)使用過程中鈷溶出率均保持在0.05mg/L以下,說明催化劑穩(wěn)定性良好。
　?。?）無機(jī)鹽離子對(duì)Co3O4/GO/TOCNs/PMS體系催化氧化降解酸性橙Ⅱ的影響
　　無機(jī)鹽離子對(duì)反應(yīng)體系的影響結(jié)果表明：H2PO4能明顯的促進(jìn)酸性橙Ⅱ的降解；Cl對(duì)酸性橙Ⅱ降解反應(yīng)起到先抑制后促進(jìn)的作用；HCO3對(duì)酸性橙Ⅱ的降解起到先促進(jìn)后抑制的作用；NO3對(duì)酸性橙Ⅱ的降解有輕微的抑制作用。
　?。?）Co3O4/GO/TOCNs

8、的活性炭改性及其催化性能研究
　　將Co3O4/GO/TOCNs通過無機(jī)/有機(jī)共混改性的方法負(fù)載到活性炭上制備了Co3O4/GO/TOCNs/AC，并對(duì)其催化單過硫酸氫鹽（PMS）氧化降解酸性橙Ⅱ的性能和穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：在催化劑最佳使用條件下，Co3O4/GO/TOCNs/AC表現(xiàn)出了和Co3O4/GO/TOCNs一樣高的催化活性但其中有效物質(zhì)鈷的含量僅為Co3O4/GO/TOCNs的40％；在循環(huán)使用6次后，Co3O