有序介孔金屬氧化物催化過硫酸氫鉀的性能及機(jī)理研究.pdf

1、當(dāng)今，水環(huán)境不斷接納來自工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活產(chǎn)生的各種有機(jī)污染物，導(dǎo)致水環(huán)境中微量及痕量有機(jī)污染物呈現(xiàn)多樣性、毒性和持久性等特點。這些有機(jī)污染物普遍對常規(guī)水處理工藝具有較強(qiáng)的抵抗性，導(dǎo)致它們在水環(huán)境中長期累積賦存，從而對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康構(gòu)成潛在的危害。
　　本課題提出了以多孔硅SBA-15和KIT-6為硬模板，采用納米鑄造法制備有序介孔金屬氧化物，并且將其應(yīng)用于激活過硫酸氫鉀(Peroxymonosulafe，PMS)降解水中典型有

2、機(jī)污染物。利用透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射光譜(XRD)、比表面積測試儀(BET)和X射線光電子能譜(XPS)等方法對有序介孔金屬氧化物進(jìn)行了系統(tǒng)表征。通過建立反應(yīng)動力學(xué)模型評估有序介孔金屬氧化物的催化性能，研究不同背景條件對催化性能的影響，系統(tǒng)探索催化反應(yīng)機(jī)理，并從穩(wěn)定性、回用性等方面對有序介孔金屬氧化物的應(yīng)用前景進(jìn)行評估。
　　研究發(fā)現(xiàn)，采用有序介孔硅SBA-15和KIT-6為模板制備的有序介孔Co3O4對PMS具有良

3、好的催化活性，不同Co3O4對PMS的催化性能遵循如下規(guī)律:Co3O4-KIT6＞Co3O4-SBA15＞nano-Co3O4。優(yōu)異的催化性能源于其多個獨特特征的結(jié)合，包括巨大的比表面積，豐富的孔容，較高的Co2+含量和較高的表面活性部位密度。一些關(guān)鍵因素控制著氯霉素的降解，較高的催化劑投加量，較高的PMS濃度，中性pH條件和較高的反應(yīng)溫度有利于氯霉素的去除。溶液中M2+/M3+，O2-/O2和PMS分解三者之間的平衡確保了反應(yīng)系統(tǒng)中活

4、性自由基的不斷產(chǎn)生，而硫酸根自由基對有機(jī)污染物的去除起主導(dǎo)作用?？紤]到其優(yōu)異的催化性能、優(yōu)良的回用性和長效穩(wěn)定性，有序介孔Co3O4在環(huán)境應(yīng)用方面可作為一種理想的催化劑。
　　鐵摻雜有序介孔Co3O4具備超順磁性，并且減少金屬離子尤其是鈷離子的溶出。此外，隨著鐵摻雜量的增加，有序介孔結(jié)構(gòu)受到一定程度破壞。相較于有序介孔Co3O4，所制備的有序介孔Co3O4/CoFe2O4對PMS的催化活性有所降低，但是仍然高于尖晶石型CoFe2O

5、4和Co3O4。隨著鐵摻雜量的增加，有序介孔Co3O4/CoFe2O4的催化活性降低。當(dāng)pH=9時能夠得到最佳的催化效果;低濃度的Cl-抑制環(huán)丙沙星的降解，高濃度Cl-可促進(jìn)環(huán)丙沙星的去除;而HCO3-對環(huán)丙沙星的影響則呈現(xiàn)出與Cl-完全相反的規(guī)律。有序介孔Co3O4/CoFe2O4具有很好的穩(wěn)定性，可通過外加磁場方便地回收重復(fù)使用，并能夠保持較高的催化活性。環(huán)丙沙星分子結(jié)構(gòu)中的環(huán)胺基團(tuán)易于受到SO4-·的攻擊，而喹諾酮基團(tuán)中的主體環(huán)狀

6、結(jié)構(gòu)相對比較穩(wěn)定。
　　以KIT-6為硬模板制備的有序介孔MnFe2O4對PMS的催化活性遠(yuǎn)勝尖晶石型MnFe2O4，這主要歸功于其獨特的結(jié)構(gòu)特征。數(shù)據(jù)擬合表明，所有條件下橙Ⅱ的降解均可用擬一級動力學(xué)模型進(jìn)行描述。有序介孔MnFe2O4在pH值5～9的范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異且穩(wěn)定的催化活性。增加催化劑投加量和反應(yīng)溫度有利于增強(qiáng)催化活性。然而，隨著PMS濃度的增加，橙Ⅱ的降解呈現(xiàn)出先加快后減慢的變化趨勢。經(jīng)過五次連續(xù)循環(huán)使用，有序介孔Mn