含铁复合材料的制备及其催化过硫酸盐降解酸性红73的研究

发布时间：2020-03-20 19:17

【摘要】：过硫酸盐高级氧化技术是水处理领域的一种新型高级氧化技术,它主要利用过硫酸盐(简写为PS)产生的硫酸根自由基(SO_4~(-·))氧化有机物。然而,受常规条件下过硫酸盐只能产生极少硫酸根自由基的限制,如何有效活化过硫酸盐成为广大环保工作者的重点。印染行业是产生难降解废水的一个重要源头。因此,本文以偶氮染料酸性红73为目标污染物,制备了两种不同的含铁复合催化剂,研究其活化过硫酸盐氧化降解酸性红73模拟废水的性能。(1)通过浸渍法两步制备Fe-Ag/GAC双金属催化剂,研究了Fe-Ag/GAC催化PS降解酸性红73的性能。与单独Fe/GAC、Ag/GAC相比,Fe-Ag/GAC复合催化剂活化PS产生SO_4~(-·)表现出更好的催化效果。在35℃,Fe-Ag/GAC投加量为7.5g,PS浓度为0.5g?L~(-1)的中性条件下,Fe-Ag/GAC/PS体系在60min内对酸性红73的脱色效率达到99%,TOC去除率达到84.1%。材料表征和机理研究发现,Fe-Ag/GAC复合材料的Fe、Ag主要是以FeO,Fe_3O_4,FeOOH,Ag形式存在。Ag在体系中能加快电子转移,增强Fe~(2+)/Fe~(3+)的氧化还原速率。重复实验结果表明,多次循环使用后,Fe-Ag/GAC对AR 73的脱色率仍保持在90%。ICP-MS分析结果表明铁离子溶出率较低(1.3%),Ag溶出痕量(1.358μg/L),这表明金属原子被固定在了GAC表面。反应前后催化剂的分析结果表明,催化剂表面形貌以及状态均未发生变化。根据上述研究结果认为Fe-Ag/GAC具有良好催化活性,可重复利用性和高稳定性。(2)基于常温下Fe-Ag/GAC/PS体系对酸性红73去除率低的问题,将三聚氰胺(C_6H_6N_6)与硫酸亚铁(FeSO_4·7H_2O)溶液共混合,获得了具有更高活性的Fe-N/O催化剂。研究结果表明,Fe-N/O/PS体系常温下对AR 73表现了良好的降解效果,在Fe-N/O投加量1.0g,PS浓度为1.0g?L~(-1)的中性条件下,反应10min,对50mg?L~(-1)AR 73的脱色率达到96%,TOC去除率达到72.5%。经多次循环利用后,催化剂仍能保持较高的催化活性,反应后上清液中溶出铁的量也非常少。实验发现,不同pH(3.0-9.0)条件下,Fe-N/O/PS体系均对AR 73表现了良好的脱色效果,随着pH的升高,体系的降解效率会下降。随着Fe-O/N中Fe含量的变化,体系对AR 73的脱色率也不同。FTIR,XRD表征结果说明,Fe-N/O中主要形成Fe_3N,Fe_3O_4两个物相。自由基猝灭实验验证了,体系起主导作用的为SO_4~(-·)自由基。催化剂的活性位点为Fe_3N和Fe_3O_4的界面催化作用。基于上述研究得出,选择Fe作为催化剂基本元素,将其他元素(Ag,N)与其掺杂,制备成的催化剂,能够明显的提高过硫酸盐的氧化能力,在一般条件下对酸性红73废水有良好的处理效果。且催化剂的高活性,稳定性对实际印染废水的治理具有重要意义。
【图文】：

32的投加量。随着对金属离子催化臭氧化体系研究的不断深入，认为臭氧氧化有机物的途两条：一是臭氧与有机物结合，直接氧化降解。因为臭氧本身具有强氧化性殊的电子结构(如图 1.1)决定了臭氧分子具有亲电性，，亲核性，以及偶极性一般认为 O3与有机物结合过程，发生的反应主要是亲电，亲核，以及加成。亲电反应是 O3带正电荷的氧原子会攻击有机物上电子云密度高的位置，，一般带有给电子基团的芳香性物质与臭氧的反应速率都很快。与亲电反应恰好相反，亲核反应主要是臭氧分子中含有负电荷的氧原子会攻击带有吸电的碳原子，这也看出了臭氧的直接氧化具有较强的选择性[17]；二是臭氧分生 OH ，继续降解有机物[18-20]，与 O3相比，OH 具有更高的活性并且几乎 选择性 ，与大多数 有机污染物的氧化反应的反应速率常数可 达109L mol-1 s-1，因此 OH 的无选择性氧化力可以使很多高稳定性难降解的废有效生化。

文 程由羟基自由基(OH )引起，在体系中加入 H2国内外的学者对光化学氧化技术的开发主要集将紫外辐射(UV)和臭氧(O3)相结合的技术，臭氧机物反应，也可通过反应过程中产生的 OH 氧、开环脱色和消毒清洁的能力，且多余的臭氧的活化下，可进一步被激发产生更多的 OH ，使[24]利用 UV/O3去除水中可溶性有机物(DOM),O3 对 DOM 的去除有更高的效率(90% vs 36%)
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB33

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本文编号：2592072