铁锰双金属催化剂活化过硫酸盐去除水中偶氮染料和双酚A的研究

发布时间：2020-05-16 09:24

【摘要】：本文采用两步水热法和共沉淀法制备了两种铁锰双金属催化剂,用于活化过硫酸盐(PS)分别处理水中的偶氮染料RBK5和内分泌干扰物双酚A(BPA)。确定两种铁锰双金属催化剂活化PS体系对两种难降解有机物的最佳降解条件,并研究了体系的催化机理。通过两步水热法制备了Fe_3O_4-α-MnO_2,采用HRTEM、XRD、XPS等进行表征,催化剂呈纳米花状,结晶度高无杂质。考察了Fe_3O_4-α-MnO_2/PS体系对RBK5和BPA的降解效率,在Fe_3O_4-α-MnO_2投加量为1.2 g/L,PS的浓度为4.0mmol/L、初始pH为7.0的条件下,30 mg/L的RBK5在60 min内的降解效率可以达到91.0%;在PS的浓度为3.0 mmol/L的条件下,30 mg/L的BPA在90 min内的降解效率可达92.0%。淬灭实验结果证明了在Fe_3O_4-α-MnO_2/PS体系中,SO_4~(·-)是起主要作用的活性自由基,Fe_3O_4-α-MnO_2催化剂中表面-OH基团的存在,以及Mn~(3+)可以将Fe~(3+)还原为Fe~(2+),促进了过硫酸盐的活化,因此Fe_3O_4-α-MnO_2表现出优异的催化活性。通过GC-MS测定BPA降解过程中的中间产物,推测了BPA可能的降解路径。采用共沉淀法制备了不同比例的Mn取代磁铁矿(Fe_xMn_(3-x)O_4),其中Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4活化PS表现出最高的催化活性。对Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4进行了FESEM、XRD、XPS等表征,催化剂的尺寸约为200-400 nm分散性好。考察了Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4/PS体系对RBK5和BPA的降解效率,在Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4投加量为1.2 g/L,PS的浓度为0.4 mmol/L,初始pH为7.0的条件下,30 mg/L的RBK5的降解效率在40 min内达到92.5%;PS的浓度为0.5 mmol/L的条件下,30 mg/L的BPA的降解效率在40 min内达到93.3%。淬灭实验结果证明了在Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4/PS体系中,SO_4~(·-)是起主要作用的活性自由基。通过XPS分析表明,Mn~(3+)不仅可以活化PS,也可以促进Fe~(3+)的还原生成Fe~(2+),而Fe~(2+)的存在又可将Mn~(3+)还原为Mn~(2+),从而促进了Fe~(2+)/Fe~(3+),Mn~(2+)/Mn~(3+)/Mn~(4+)的循环,提高了PS的活化效率。通过GC-MS测定Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4/PS体系中BPA降解过程中的中间产物,推测了BPA可能的降解路径。两种体系对两种不同结构的有机物均有很好的降解效率,对非对称结构的有机物的降解效率略优于对称结构的有机物。由于多出了Mn~(2+)/Mn~(3+)/Mn~(4+)的循环,使得Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4/PS体系对RBK5和BPA的降解效率优于Fe_3O_4-α-MnO_2/PS体系,所需氧化剂的量少并且反应时间短。
【图文】：

活性黑5的结构式Fig.1.1Molecularstructureofreactiveblack5

铁锰双金属催化剂活化过硫酸盐去除水中偶氮染料和双酚A的研究

技术路线
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;O643.36

【参考文献】