钼酸盐类催化剂在腐植酸提取及富里酸降解方面的应用

发布时间：2019-09-22 15:08

【摘要】：风化煤经过风化氧化后,部分失去作为动力燃料的价值,但风化煤含有大量再生腐植酸,腐植酸具有吸附、络合和离子交换等性能,现已在农业、工业、环保方面有着广泛的应用,尤其是小分子量的腐植酸在农业领域应用日益广泛。选择合适的催化剂来提高风化煤制备腐植酸的产率及降低腐植酸的分子量备受关注。腐植酸在应用于农业领域过程中,部分会流失到水体,其中溶于水的富里酸(FA)作为前驱物在饮用水消毒过程中会生成具有毒性的副产物三卤甲烷(DBPS),对人体健康造成严重威胁。因此对于饮用水中富里酸的控制已成为水处理界所关注的重要问题。近年来,钼酸盐材料作为一类新型的催化材料,具有高表面能、多活性点、高选择性等优点,越来越多的应用在有机物降解方面。本实验制备了Co Mo O4、Ni Mo O4钼酸盐催化剂,应用于风化煤提取腐植酸,探讨了其对腐植酸产率、分子结构的影响;制备了Ag2O-Bi2Mo O6,用于降解水体中富里酸,对其降解动力学、作用机理进行探讨。结果如下:(1)以新疆风化煤为原料,提取腐植酸产率为目标,负载型催化剂Co Mo O4/Si O2和Ni Mo O4/Si O2较负载前具有更好的催化效果,其中Ni Mo O4/Si O2对新疆风化煤催化作用最为明显,在实验选择的适宜温度80℃、催化剂与煤样最佳质量比为0.01 g/1 g条件下可使腐植酸的产率提高到57.03%。由提取腐植酸的红外光谱和吸光度比值(E4/E6)分析表明,在催化剂的作用下所得腐植酸羧酸根,芳烃C=C双键,氢键缔合羰基-C=O-的数量有所增加,分子量减小。以罗丹明B作为降解目标,采用Ni Mo O4/Si O2对其催化降解,探讨钼酸盐催化剂对有机物降解的作用机理。结果表明罗丹明B的降解是一个逐渐脱乙基生成无色有机中间产物,进而羟基化使苯氨基、羰基键被破坏的过程。从而推测本实验催化剂在风化煤硝化氧解过程中的作用机理的一种可能:促使风化煤中类似罗丹明B结构的大分子逐渐脱乙基,进而使中间产物不断羟基化而形成具有苯环等不饱和结构的有机产物。(2)制备Bi2Mo O6并对其掺杂银元素,作用于水体中富里酸的光催化降解。XRD和EDS分析表明,实验制备样品均为γ-Bi2Mo O6,且Ag2O成功地掺杂到了钼酸铋中;SEM照片显示,Bi2Mo O6纳米片掺杂Ag2O后尺寸减小,比表面积增大;UV-Vis分析表明,Bi2Mo O6掺杂Ag2O后在可见光区的吸收增强,可见光催化活性提高。光催化活性实验结果表明,Bi2Mo O6的活性随Ag2O掺杂浓度的增加先提高后降低,得出最佳掺银量为1.5%。通过探究FA光降解的各种影响因素得出,催化剂最佳投加量为0.6 g·L-1,在富里酸初始浓度减小、溶液p H值减小时有助于FA的去除。Ag2O-Bi2Mo O6光催化降解FA 3 h降解率达96%,矿化率达68%。FA的光催化降解反应符合一级动力学方程,降解动力学常数为0.0195min-1。机理研究表明,在FA的光催化降解中具有强氧化性的空穴和·OH起到主要作用。采用发光细菌法对FA光降解的产物进行生物毒性测试,经Ag2O-Bi2Mo O6光催化处理2 h后FA溶液的生物毒性降低了约90%。用Ag2O-Bi2Mo O6光催化降解水质中天然污染物FA,毒性降低效果显著。
【图文】：

扫描电镜照片,扫描电镜照片,样品,晶体择优取向

2.3.1.2 结构分析（XRD）XRD 通过对样品进行 X 射线衍射获得其衍射图谱。分析图谱能够获得样品的成分、内部结构或晶体择优取向等信息。Intensity/(a.u.)SiO2NiMoO4NiMoO4/SiO2CoMoO4CoMoO4/SiO2图 2-1 样品的扫描电镜照片Fig. 2-1 SEM images of samples

扫描电镜照片,扫描电镜照片,样品,掺银

钼酸盐类催化剂在腐植酸提取及富里酸降解方面的应用Bi2MoO6。与未掺杂的 Bi2MoO6样品相比，掺杂后的样品在 2θ=32.8o 处出现 Ag2O 的(111)晶面的衍射峰，说明 Ag2O 成功掺杂到 Bi2MoO6中。3.3.1.2 样品的形貌分析（SEM）由图 3-2 可知，制备的所有样品均为片状结构，，但其表面形貌有着明显的差别，Bi2MoO6表面平滑，而掺杂 Ag2O 的样品表面明显有小块颗粒出现，颗粒大小 20～50nm，且分布均匀。可以看出 Ag2O 生成小块颗粒，沉积在钼酸铋的表面。纯 Bi2MoO6直径大约为 0.5~3 μm，厚度在 80 nm 左右，Ag2O 掺杂后导致 Bi2MoO6的尺寸和厚度下降，其中掺银量为 1.5%时，样品的尺寸和厚度最小。对掺银量为 1.5%的 Bi2MoO6进行能量色散显微（EDS）分析，结果如图 3-3 所示，Ag、Mo、Bi 和 O 的摩尔比约为0.2:1:1.7:3.2，可见图 3-2 中的纳米片状结构应该为 Ag2O-Bi2MoO6，且 Ag2O 的掺杂量为 1.5%。a b c
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36

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