铁铜复合催化剂活化过硫酸盐降解扑热息痛的降解机理
发布时间：2020-11-21 14:28
本文制备了不同形式的Fe、Cu双金属催化剂,通过使用制备的催化剂活化过硫酸钠(PS)降解内分泌干扰物(EDCs)中的扑热息痛(APAP),研究不同Fe、Cu双金属催化剂的催化活性。经条件优化实验确定不同Fe、Cu双金属/PS体系的最佳反应条件,在最佳反应条件下推测APAP的降解路径及活化机理。为了实现通过双金属协同作用提升PS体系的氧化性,在Fe~(2+)/PS体系中引入CuO形成Fe~(2+)/CuO双金属活化PS体系。考察了Fe~(2+)/CuO体系活化PS降解APAP的效率,在初始pH值为6.5、PS浓度为0.8 g L~(-1)、Fe~(2+)为0.7 mM,CuO投加量0.3 g L~(-1)的条件下,100 mg L~(-1)APAP在90 min内的去除率可以达到92%,高于Fe~(2+)/PS和CuO/PS体系的79%和10%。对反应前后的CuO进行了FESEM、XRD等表征分析,结合反应过程中Fe~(2+)及Cu~+浓度的变化,推测了Fe~(2+)/CuO/PS体系的活化机理。溶液中的Fe~(2+)沉积到CuO的表面形成Fe(II),Fe(II)可以将Cu(II)还原为Cu(I)进而释放到溶液中达到活化PS的目的。通过自由基猝灭实验验证了在Fe~(2+)/CuO/PS体系中的活性自由基,发现硫酸根自由基和羟基自由基均存在于Fe~(2+)/CuO/PS体系。通过油浴回流法制备花状Fe_2O_3作为前驱物,结合多元醇法制备了Fe_2O_3@Cu_2O,并对Fe_2O_3@Cu_2O进行了FESEM、FTIR等表征分析。考察了Fe_2O_3@Cu_2O/PS体系氧化降解APAP的效率,在初始pH值为6.5、PS浓度为0.6g L~(-1)、催化剂投加量0.3 g L~(-1)条件下,100 mg L~(-1)APAP在40 min内的去除率可以达到90%,而在Fe_2O_3/PS及Cu_2O/PS体系中,APAP的去除率分别35%和61%。在Fe_2O_3@Cu_2O中存在Cu(I)/Fe(III)之间的价态转化作用,Cu(I)可以将Fe(III)还原为活性更高的Fe(II),因此Fe_2O_3@Cu_2O表现出高效的催化活性。通过GC-MS分析APAP在Fe_2O_3@Cu_2O/PS体系中的中间产物,推测其降解路径。使用甲醇、叔丁醇(TBA)猝灭Fe_2O_3@Cu_2O/PS体系中的活性自由基,确定了硫酸根自由基为该体系中主要的活性自由基。通过加氢还原技术制备了纳米级氧缺位CuFe_2O_4以提升CuFe_2O_4对PS的催化活性,使用了FESEM、EDS、XPS等技术对氧缺位CuFe_2O_4进行表征分析。在最佳反应条件下(初始pH值为6.5,PS浓度为0.8 g L~(-1),催化剂投加量为0.3 g L~(-1)),100 mg L~(-1)APAP在60 min内的去除率可以达到91%。而使用CuFe_2O_4活化PS降解APAP的去除率只有20%,证明了氧缺位的形成改变了CuFe_2O_4对PS的催化惰性。推测在氧缺位CuFe_2O_4/PS体系中,氧空穴的存在提升了催化剂的电子转移能力以及还原性,因此氧缺位CuFe_2O_4可以高效活化PS降解APAP。此外,溶液中的溶解氧(DO)及阴离子均对氧缺位CuFe_2O_4/PS体系氧化降解APAP存在一定的抑制作用。使用GC-MS技术分析了APAP在氧缺位CuFe_2O_4/PS体系中的降解中间产物,推测出了两条APAP的降解路径。
【学位单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703
【部分图文】：
技术路线
降解 APAP 对比(实验条件：APAP=100 mg L-1，PS=0.8mmol，CuO=0.3 g L-1，初始 pH=6.5)P degradation by PS with different catalysts (Condition: APAPS=0.8 g L-1, Fe2+=0.7 mmol, CuO=0.3 g L-1, initial pH=6.5 体系活化过硫酸盐降解扑热息痛的活化机理uO 体系活化过硫酸盐降解扑热息痛过程 Fe2+浓度变得知，在 Fe2+和 CuO 同时存在 PS 体系中时，APAP测在反应过程中，可能存 Fe2+与 CuO 之间存在一定 Fe2+在催化降解 APAP 过程中的浓度变化，图 3.2 为度的变化。从图中可知，Fe2+活化 PS 降解 APAP 的in 迅速下降，随着时间的增加 Fe2+浓度最后降至 0.32+浓度降低的原因是 Fe2+快速与 PS 反应转换为 Fe3+应体系中的Fe2+浓度变化，随着反应的推进，Fe2+最终 L-1)。可以看出，两种体系之间 Fe2+的浓度存在一定
O/PS 催化降解 APAP 过程中 Fe2+浓度的变化(实验条件：APAPS=0.8 g L-1，Fe2+=0.7 mM，CuO=0.3 g L-1，初始 pH=6.5e of Fe2+concentration during Fe2+/CuO/PS system (ConditionL-1, PS=0.8 g L-1, Fe2+=0.7 mM, CuO=0.3 g L-1, initial pH=6.5uO/PS 体系中 Cu2+和 Cu+浓度变化剂在活化过硫酸盐时会存在一定的金属溶出现象，因PAP的过程中会有Cu2+的溶出。另外，根据Zhang等[80]化 APAP 的研究，由于 Fe2+吸附在 CuO 表面，表面吸O[式(3.2)]得到 Cu(I)，从而使得 Cu(I)溶出在溶液中。 活化 PS 降解 APAP 体系溶液中 Cu2+和 Cu+的浓度，结度随着反应的进行逐渐上升最后达到 23.5 mg L-1，Cg L-1左右，这与 Pham 等[81]使用 Cu(II)/H2O2体系的 C的 Cu+也会通过式(3.3)[82]参与到活化 PS 降解 APAP 的(II)可以形成新的活性位点从而加强催化剂的催化活性
【参考文献】
本文编号：2893138
【学位单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X703
【部分图文】：
技术路线
降解 APAP 对比(实验条件：APAP=100 mg L-1，PS=0.8mmol，CuO=0.3 g L-1，初始 pH=6.5)P degradation by PS with different catalysts (Condition: APAPS=0.8 g L-1, Fe2+=0.7 mmol, CuO=0.3 g L-1, initial pH=6.5 体系活化过硫酸盐降解扑热息痛的活化机理uO 体系活化过硫酸盐降解扑热息痛过程 Fe2+浓度变得知，在 Fe2+和 CuO 同时存在 PS 体系中时，APAP测在反应过程中，可能存 Fe2+与 CuO 之间存在一定 Fe2+在催化降解 APAP 过程中的浓度变化，图 3.2 为度的变化。从图中可知，Fe2+活化 PS 降解 APAP 的in 迅速下降，随着时间的增加 Fe2+浓度最后降至 0.32+浓度降低的原因是 Fe2+快速与 PS 反应转换为 Fe3+应体系中的Fe2+浓度变化，随着反应的推进，Fe2+最终 L-1)。可以看出，两种体系之间 Fe2+的浓度存在一定
O/PS 催化降解 APAP 过程中 Fe2+浓度的变化(实验条件：APAPS=0.8 g L-1，Fe2+=0.7 mM，CuO=0.3 g L-1，初始 pH=6.5e of Fe2+concentration during Fe2+/CuO/PS system (ConditionL-1, PS=0.8 g L-1, Fe2+=0.7 mM, CuO=0.3 g L-1, initial pH=6.5uO/PS 体系中 Cu2+和 Cu+浓度变化剂在活化过硫酸盐时会存在一定的金属溶出现象，因PAP的过程中会有Cu2+的溶出。另外，根据Zhang等[80]化 APAP 的研究，由于 Fe2+吸附在 CuO 表面，表面吸O[式(3.2)]得到 Cu(I)，从而使得 Cu(I)溶出在溶液中。 活化 PS 降解 APAP 体系溶液中 Cu2+和 Cu+的浓度，结度随着反应的进行逐渐上升最后达到 23.5 mg L-1，Cg L-1左右，这与 Pham 等[81]使用 Cu(II)/H2O2体系的 C的 Cu+也会通过式(3.3)[82]参与到活化 PS 降解 APAP 的(II)可以形成新的活性位点从而加强催化剂的催化活性
【参考文献】
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本文编号：2893138
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