磁性纳米Fe 3 O 4 /LDH复合催化剂的制备及其性能研究
发布时间：2022-01-23 23:32
染料广泛应用于纺织、造纸、皮革鞣制、食品加工、塑料、化妆品、橡胶、印刷染料制造业等领域。全球纺织业每年染料总消费量超过1万吨,大约有100吨染料被排放到河流中。印染废水具有耐变色、毒性大、含有大量难去除的有机物等特点,传统的处理方法对此类污染物降解效果不理想。非均相芬顿催化技术作为一种高级氧化法在降解有机污染物领域受到广泛关注。因此,开发一种高效、绿色环保且成本低的芬顿催化剂已成为印染废水深度处理的一个重要研究方向。本文采用原位氧化沉淀法将易出现团聚的纳米Fe3O4负载于具有吸附阴离子型染料特性的水滑石上,制备出了Fe3O4/LDH和Fe3O4/CuMgAl-LDH复合催化剂,选择具有代表性的甲基橙染料为模拟印染废水底物,重点考察了Mg/Al-LDH、Fe3O4/LDH和Fe3O4/CuMgAl-LDH的制备、性能及其吸附和降解对比研究,研究结果如下:（1）通过共沉淀法...
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各样品的SEM照片
31图3.1各样品的SEM照片(a)Fe3O4,(b)Fe3O4Ⅰ/LDH,(c)Fe3O4Ⅱ/LDH,(d)Fe3O4Ⅲ/LDH,(e)Fe3O4Ⅳ/LDH3.2.1.2XRD分析图3.2分别为Fe3O4、LDH、Fe3O4Ⅰ/LDH、Fe3O4Ⅱ/LDH、Fe3O4Ⅲ/LDH、Fe3O4Ⅳ/LDH的XRD图，在2θ=11.4°、22.8°、35.4°、60.5°和61.8°处都出现了明显的LDH特有的晶面衍射峰，其中(003)晶面衍射峰最为尖锐且对称性最高，且在图中没有出现MgO、Al2O3、Mg(OH)2以及Al(OH)3的特征衍射峰，这说明合成的Fe3O4/LDH和LDH样品中的镁铝水滑石晶相单一纯净，Fe3O4负载在LDH表面时并没有改变LDH的原有组成。11.4°、22.8°、35.4°处的这三个特征衍射峰证实了LDH层状结构的存在，且Fe3O4的负载未改变LDH原有的层状结构。当不同Fe3O4/LDH中Fe3O4负载比例不断升高时，各样品中LDH的衍射峰强度会逐步变弱。Fe3O4/LDH和Fe3O4的XRD图中在2θ=30.1°、35.9°、37.9°、43.1°、53.4°、56.9°和62.5°处，分别对应立方相Fe3O4各晶面的特征衍射峰，各衍射峰与标准Fe3O4图谱比较，基本一致，表明合成出的Fe3O4结晶度高，规整性强。不同Fe3O4/LDH中Fe3O4的特征衍射峰强度与纯Fe3O4相比基本保持不变，说明LDH不会影响Fe3O4晶体在其表面的生长成核过程。通过使用Scherrer公式对Fe3O4的XRD各衍射峰进行计算，可知Fe3O4/LDH中Fe3O4平均粒径大约为46nm，这与SEM图中分析结果基本保持一致。通过对不同催化剂的XRD参数计算，主要参数见表3.2，可以看出各Fe3O4/LDH中的Fe3O4(d311=0.253nm，d440=0.148nm)的晶体结构参数与纯Fe3O4保持完全一致，且各Fe3O4/LDH中LDH的d003、d110、晶胞参数a以及c的大小都与纯相的LDH基本保持不变，这进一
50明显的间隙，层状结构明显，从竖立的层片可以看出其层片厚度约为30~50nm。其中Cu0.5Mg2.5Al1-LDH、Cu1Mg2Al1-LDH、Cu1.5Mg1.5Al1-LDH中各层片整体大小均一且形状规整，层片间孔隙大小均匀，但随着Cu2+含量的增高，Cu2Mg1Al1-LDH层片规整度下降，LDH颗粒大小变小，颗粒之前的间隙增大。图(e)~(h)分别为Fe3O4/Cu0.5Mg2.5Al1-LDH、Fe3O4/Cu1Mg2Al1-LDH、Fe3O4/Cu1.5Mg1.5-Al1-LDH、Fe3O4/Cu2Mg1Al1-LDH的SEM图，不难看出制备的Fe3O4纳米颗粒大部分呈规整性强的球状结构且大小均一，较为均匀的分布在CuMgAl-LDH载体表面，无明显团聚现象出现，颗粒粒径比CuMgAl-LDH层片略小，粒径大约在50~80nm左右。Fe3O4/Cu2Mg1Al1-LDH中LDH层片间隙大，Fe3O4在其表面负载地更加分散，颗粒之间团聚最少。图5.1各样品的SEM照片5.2.1.2XRD分析Cu0.5Mg2.5Al1-LDH、Cu1Mg2Al1-LDH、Cu1.5Mg1.5Al1-LDH、Cu2Mg1Al1-LDH的XRD图如图5.2(a)所示，在2θ=11.4°、23.0°、34.5°、60.5°和61.6°处都出现了明显的LDH特有的晶面特征衍射峰。各峰面对称性极好，强度高，形状尖锐。通过对2θ=11.4°(003)衍射峰进行计算，其层间距d003值分别为0.736nm、0.740nm、0.760nm、0.762nm，与CO32-离子插层LDH的层间距(0.78nm)相近，说明合成的水滑石碳酸根插层铜镁铝水滑石(CuMgAl-CO32-LDH)，且随着Cu2+的增加，其层间距逐渐变大[110]。图5.2(a)中在60.5°和61.6°处的两个晶面特征衍射峰与单纯的MgAl-LDH(详见2.2.1.2)相比强度较弱，其中Cu2Mg1Al1-LDH最弱，这是因为Cu2+比例的增大，由于Cu2+(r=0.73)和Mg2+(r=0.72)的离子半径相近，Cu2+取代了层板上的Mg2+，产生姜-泰勒效应导致的[111]。XRD图中无其他CuO等杂
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声-Fenton法处理印染废水[J]. 祝丽思. 印染助剂. 2019(11)
[2]纳米四氧化三铁（FMNPs）活化过硫酸盐氧化降解橙黄G的研究[J]. 尚君,郭世举. 能源与环保. 2019(10)
[3]镁铝水滑石的水热合成及表征[J]. 吕品,施春辉,李伟,仲剑初. 无机盐工业. 2019(06)
[4]改性蛭石对荧光染料吸附性能研究[J]. 李江明,余超,向伟,朱宝华,李汪洋,李国柱,陈明鸽,张春英,田维亮. 非金属矿. 2019(02)
[5]改性水滑石对聚丙烯阻燃和力学性能的影响[J]. 王松林,董合贺,邢仁卫,崔鲁青,王飞,杨旭旭. 精细化工. 2019(05)
[6]生物炭和活性炭吸附水中典型染料的研究[J]. 杜薇,霍璐,唐雨,严晓菊. 当代化工. 2019(02)
[7]壳聚糖多孔膜制备及其多功能分离性能研究[J]. 秦振平,孙冰洋,郭春禹,郭红霞. 膜科学与技术. 2019(01)
[8]FeVO4-H2O2体系中酸性品红的降解性能研究[J]. 欧晓霞,王驭晗,时佳荣,周庆宇. 大连民族大学学报. 2018(05)
[9]La/Y掺杂二氧化硅膜的制备及其对染料废水的分离性能研究[J]. 张华宇,罗芳颖,江婷婷,李晨晖,张小亮. 膜科学与技术. 2018(04)
[10]非均相UV/Fenton催化剂体系降解活性艳红染料废水的试验研究[J]. 李唯璐,彭冠涵. 辽宁化工. 2018(05)
硕士论文
[1]层状氢氧化物的吸—脱附行为及催化性能研究[D]. 王思明.北京化工大学 2016
[2]多级核壳结构水滑石基磁性纳米复合微球的制备、结构及其催化性能研究[D]. 陈细涛.北京化工大学 2012
[3]非均相Fenton法深度降解活性染料废水的研究[D]. 刘英.大连理工大学 2011
[4]水滑石基核壳结构磁性纳米复合材料的制备与性能研究[D]. 张国彦.北京化工大学 2011
本文编号：3605374
【文章来源】：武汉科技大学湖北省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各样品的SEM照片
31图3.1各样品的SEM照片(a)Fe3O4,(b)Fe3O4Ⅰ/LDH,(c)Fe3O4Ⅱ/LDH,(d)Fe3O4Ⅲ/LDH,(e)Fe3O4Ⅳ/LDH3.2.1.2XRD分析图3.2分别为Fe3O4、LDH、Fe3O4Ⅰ/LDH、Fe3O4Ⅱ/LDH、Fe3O4Ⅲ/LDH、Fe3O4Ⅳ/LDH的XRD图，在2θ=11.4°、22.8°、35.4°、60.5°和61.8°处都出现了明显的LDH特有的晶面衍射峰，其中(003)晶面衍射峰最为尖锐且对称性最高，且在图中没有出现MgO、Al2O3、Mg(OH)2以及Al(OH)3的特征衍射峰，这说明合成的Fe3O4/LDH和LDH样品中的镁铝水滑石晶相单一纯净，Fe3O4负载在LDH表面时并没有改变LDH的原有组成。11.4°、22.8°、35.4°处的这三个特征衍射峰证实了LDH层状结构的存在，且Fe3O4的负载未改变LDH原有的层状结构。当不同Fe3O4/LDH中Fe3O4负载比例不断升高时，各样品中LDH的衍射峰强度会逐步变弱。Fe3O4/LDH和Fe3O4的XRD图中在2θ=30.1°、35.9°、37.9°、43.1°、53.4°、56.9°和62.5°处，分别对应立方相Fe3O4各晶面的特征衍射峰，各衍射峰与标准Fe3O4图谱比较，基本一致，表明合成出的Fe3O4结晶度高，规整性强。不同Fe3O4/LDH中Fe3O4的特征衍射峰强度与纯Fe3O4相比基本保持不变，说明LDH不会影响Fe3O4晶体在其表面的生长成核过程。通过使用Scherrer公式对Fe3O4的XRD各衍射峰进行计算，可知Fe3O4/LDH中Fe3O4平均粒径大约为46nm，这与SEM图中分析结果基本保持一致。通过对不同催化剂的XRD参数计算，主要参数见表3.2，可以看出各Fe3O4/LDH中的Fe3O4(d311=0.253nm，d440=0.148nm)的晶体结构参数与纯Fe3O4保持完全一致，且各Fe3O4/LDH中LDH的d003、d110、晶胞参数a以及c的大小都与纯相的LDH基本保持不变，这进一
50明显的间隙，层状结构明显，从竖立的层片可以看出其层片厚度约为30~50nm。其中Cu0.5Mg2.5Al1-LDH、Cu1Mg2Al1-LDH、Cu1.5Mg1.5Al1-LDH中各层片整体大小均一且形状规整，层片间孔隙大小均匀，但随着Cu2+含量的增高，Cu2Mg1Al1-LDH层片规整度下降，LDH颗粒大小变小，颗粒之前的间隙增大。图(e)~(h)分别为Fe3O4/Cu0.5Mg2.5Al1-LDH、Fe3O4/Cu1Mg2Al1-LDH、Fe3O4/Cu1.5Mg1.5-Al1-LDH、Fe3O4/Cu2Mg1Al1-LDH的SEM图，不难看出制备的Fe3O4纳米颗粒大部分呈规整性强的球状结构且大小均一，较为均匀的分布在CuMgAl-LDH载体表面，无明显团聚现象出现，颗粒粒径比CuMgAl-LDH层片略小，粒径大约在50~80nm左右。Fe3O4/Cu2Mg1Al1-LDH中LDH层片间隙大，Fe3O4在其表面负载地更加分散，颗粒之间团聚最少。图5.1各样品的SEM照片5.2.1.2XRD分析Cu0.5Mg2.5Al1-LDH、Cu1Mg2Al1-LDH、Cu1.5Mg1.5Al1-LDH、Cu2Mg1Al1-LDH的XRD图如图5.2(a)所示，在2θ=11.4°、23.0°、34.5°、60.5°和61.6°处都出现了明显的LDH特有的晶面特征衍射峰。各峰面对称性极好，强度高，形状尖锐。通过对2θ=11.4°(003)衍射峰进行计算，其层间距d003值分别为0.736nm、0.740nm、0.760nm、0.762nm，与CO32-离子插层LDH的层间距(0.78nm)相近，说明合成的水滑石碳酸根插层铜镁铝水滑石(CuMgAl-CO32-LDH)，且随着Cu2+的增加，其层间距逐渐变大[110]。图5.2(a)中在60.5°和61.6°处的两个晶面特征衍射峰与单纯的MgAl-LDH(详见2.2.1.2)相比强度较弱，其中Cu2Mg1Al1-LDH最弱，这是因为Cu2+比例的增大，由于Cu2+(r=0.73)和Mg2+(r=0.72)的离子半径相近，Cu2+取代了层板上的Mg2+，产生姜-泰勒效应导致的[111]。XRD图中无其他CuO等杂
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声-Fenton法处理印染废水[J]. 祝丽思. 印染助剂. 2019(11)
[2]纳米四氧化三铁（FMNPs）活化过硫酸盐氧化降解橙黄G的研究[J]. 尚君,郭世举. 能源与环保. 2019(10)
[3]镁铝水滑石的水热合成及表征[J]. 吕品,施春辉,李伟,仲剑初. 无机盐工业. 2019(06)
[4]改性蛭石对荧光染料吸附性能研究[J]. 李江明,余超,向伟,朱宝华,李汪洋,李国柱,陈明鸽,张春英,田维亮. 非金属矿. 2019(02)
[5]改性水滑石对聚丙烯阻燃和力学性能的影响[J]. 王松林,董合贺,邢仁卫,崔鲁青,王飞,杨旭旭. 精细化工. 2019(05)
[6]生物炭和活性炭吸附水中典型染料的研究[J]. 杜薇,霍璐,唐雨,严晓菊. 当代化工. 2019(02)
[7]壳聚糖多孔膜制备及其多功能分离性能研究[J]. 秦振平,孙冰洋,郭春禹,郭红霞. 膜科学与技术. 2019(01)
[8]FeVO4-H2O2体系中酸性品红的降解性能研究[J]. 欧晓霞,王驭晗,时佳荣,周庆宇. 大连民族大学学报. 2018(05)
[9]La/Y掺杂二氧化硅膜的制备及其对染料废水的分离性能研究[J]. 张华宇,罗芳颖,江婷婷,李晨晖,张小亮. 膜科学与技术. 2018(04)
[10]非均相UV/Fenton催化剂体系降解活性艳红染料废水的试验研究[J]. 李唯璐,彭冠涵. 辽宁化工. 2018(05)
硕士论文
[1]层状氢氧化物的吸—脱附行为及催化性能研究[D]. 王思明.北京化工大学 2016
[2]多级核壳结构水滑石基磁性纳米复合微球的制备、结构及其催化性能研究[D]. 陈细涛.北京化工大学 2012
[3]非均相Fenton法深度降解活性染料废水的研究[D]. 刘英.大连理工大学 2011
[4]水滑石基核壳结构磁性纳米复合材料的制备与性能研究[D]. 张国彦.北京化工大学 2011
本文编号：3605374
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