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1、Fenton催化技術(shù)因?yàn)樵谒幚矸矫娴母咝?,自發(fā)現(xiàn)以來一直是環(huán)境學(xué)科的研究熱點(diǎn)。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(diǎn)已經(jīng)替代均相技術(shù)成為Fenton催化研究的熱點(diǎn)。但是非均相Fenton催化也同樣存在兩個(gè)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(jì)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?jī)?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(duì)催化劑的分析測(cè)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(dá)47%。經(jīng)Al負(fù)載后的復(fù)合催化劑對(duì)H2O2的利用率也明顯提高。通過Zeta電位測(cè)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(fù)載Al后,載體表面的含氧官能團(tuán)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。
?。?)采用溫和、簡(jiǎn)單的方法,合成了一種可通過外界磁場(chǎng)進(jìn)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(duì)作為磁核的γ-Fe2O3進(jìn)行表面改性,提高其在液相中的分散性,同時(shí)也考察檸檬酸鈉改性液濃度對(duì)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(duì)磁性介孔催化劑的Fenton催化降解有機(jī)物的性能進(jìn)行研究。通過對(duì)Fenton催化降解性能的考察,優(yōu)化催化劑的合成工藝,進(jìn)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
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