光助非均相TiO2-Co3O4復合催化劑活化PMS降解染料廢水的研究.pdf

1、本研究課題為中央高?；究蒲袠I(yè)務費科研專項自然科學類項目(CDJZR10210005)的部分研究內(nèi)容,并受重慶大學高層次人才科研啟動基金項目(CDJRC10210002)資助。
　　Co/PMS是依據(jù)Fenton法研究思路建立起來的一種“過渡金屬+過氧化物”體系,是目前研究最為廣泛的SO4高級氧化技術(shù)之一,能高效處理各種難降解有機污染物。均相Co/PMS體系中投加的鈷離子進入水體對環(huán)境有害,而非均相Co/PMS體系能減少溶入水體中

2、的鈷,降低對環(huán)境的危害。然而,相比均相Co/PMS體系,非均相體系催化活性在一定程度上受到限制,因此提高催化活性是非均相Co/PMS的研究重點。Co3O4是非均相Co/PMS體系中最為常用的催化劑,具有廣泛的應用前景。
　　將兩種或多種金屬氧化物復合是一種常用的改善催化劑活性的方式,本論文采用溶液浸漬-高溫焙燒法合成了TiO2-Co3O4復合催化劑,以羅丹明B(RhB)為目標污染物,在紫外光的照射下,對UV/TiO2-Co3O4/

3、PMS處理染料廢水進行試驗研究,主要研究內(nèi)容包括:⑴分別采用水熱法和溶液浸漬-高溫焙燒法制備 Co3O4及TiO2-Co3O4復合催化劑,評價催化劑的活性,并采用XRD、IR、SEM、EDS、BET對復合催化劑進行表征分析;⑵通過比較不同反應體系對RhB的處理效果,研究了TiO2-Co3O4的催化活性,并開展UV/TiO2-Co3O4/PMS處理RhB染料廢水單因素試驗研究;⑶開展UV/TiO2-Co3O4/PMS處理RhB染料廢水表觀

4、動力學行為研究。
　　通過上述實驗研究和理論分析,獲得了如下研究成果:
　?、僭?00℃焙燒2h所制備的Ti:Co原子比為1:3的TiO2-Co3O4復合催化劑活性最好(簡稱 TC),且具有良好的沉降性能。從物相和晶型來看,制備的復合催化劑能保持良好的結(jié)晶度,具有可重復利用性,但在反應過程中,Ti和Co有一定的流失;
　?、诓煌磻w系氧化降解RhB的研究表明,UV/TC/PMS反應體系的氧化性主要來源于TC活化PMS

5、產(chǎn)生的SO4-·,復合催化劑中TiO2豐富的表面羥基促進了CoOH+產(chǎn)生,RhB在5min內(nèi)脫色率達80％以上。催化劑/PMS/RhB體系在紫外光的照射下,TC復合催化劑與同質(zhì)量的Co3O4催化劑相比,體系催化氧化能力提高11.1％,且催化活性得到顯著提升,T=5min脫色率達80.58％;比較等量TC復合催化劑和Co3O4與TiO2的混合催化劑體系,前者催化降解能力無明顯優(yōu)勢,但催化活性提升顯著,脫色時間明顯縮短。然而,TC復合催化劑

6、的循環(huán)使用性能有限,重復利用一次羅丹明B脫色率降至76.61％,脫色時間為2h,這主要歸因于TC中TiO2的脫落;
　?、郯凳襎C/PMS反應體系中,引入紫外光照射后TiO2的光催化活性得到充分的利用,羅丹明B脫色率增加12.09％;反應初始pH在2-9范圍內(nèi),羅丹明B的脫色率均能達到75％以上,但過堿性條件下,脫色率顯著下降;PMS初始濃度是影響 SO4-·產(chǎn)生的關(guān)鍵因素,適量增加 PMS濃度有利于提高 RhB的脫色率。TC催化

7、劑和RhB的最佳濃度分別為0.5g/L和50mg/L,過高的催化劑投加量和RhB初始濃度均不利于污染物的降解;
　?、茉谧贤夤?λ=253.7nm)的照射下,pH=3.57,TiO2-Co3O4活化 PMS降解RhB的反應總級數(shù)為3.013,表觀動力學方程為V=4.5×10-5×P0.924×A1.565×B0.524,其中PMS濃度對反應速率影響最大。
　　論文的創(chuàng)新與學術(shù)價值在于:
　　創(chuàng)新性地制備TiO2-Co3