聚苯乙烯纳米零价铁复合材料的制备及催化性能研究

发布时间：2020-11-09 07:55

　　 通过闪冻聚苯乙烯负载铁盐后还原的方法,制备了多孔聚苯乙烯(PS)负载纳米零价铁(nZVI)复合材料(nZVI/PS),利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附解吸实验对样品进行表征;通过构建nZVI/PS/H_2O_2非均相芬顿体系,考察了对苯酚、1-萘酚、4-硝基苯酚以及4-氯苯酚等酚类污染物的催化降解性能,探究了pH、催化剂用量、污染物浓度、H_2O_2对污染物脱除性能的影响.实验结果表明,nZVI/PS的比表面积更大、反应活性位点丰富且分散均匀,pH适应范围广;当pH=4,酚类化合物初始浓度为100 mg/L,H_2O_2用量2 mmol/L,投加量0.5 g/L时,酚类污染物降解效率在180 min内几乎可达到100%,降解过程符合伪一级反应动力学.新型催化材料可重复使用.
【部分图文】：

对于后续的循环实验,通过过滤回收nZVI/PS微球,用适量的超纯水冲洗,再用NaCl质量浓度为0.2%的100 mL乙醇-水混合溶液(质量比乙醇∶水=30∶70)对微球进行脱附处理,之后按照合成方案对微球进行再生,并加入上述酚类溶液中,如此重复若干次.2 结果与讨论

选用场发射扫描电子显微镜对样品进行表面微观结构形貌观察,如图2所示,通过SEM图像对所制备样品的结构和形态进行研究. 图2(a)可知,通过快速冷冻法制备的聚苯乙烯小球具有均一孔道,孔径大概在40 nm左右,且内部结构中的孔道表面光滑. 图2(b)中nZVI/PS微球仍然保持了与负载前介孔PS微球相似的形态但孔道略微变小,表面变得粗糙,有明显的沉积痕迹,表明了nZVI已经均匀分布在PS微球孔道上. nZVI/PS丰富的纳米级孔腔和孔通道可以为催化过程中分子扩散提供有利途径,这可以提高催化降解效率. 另外,孔道中nZVI的存在还可以诱导对H2O2的区域选择性,促进活性位点与H2O2之间的相互作用,提高H2O2利用率,促进酚类污染物的降解去除[12].通过N2吸附-解吸实验评估样品的孔结构和孔径分布(图3),两种样品的吸附等温线如图3(a)和(b)所示,PS微球和负载后nZVI/PS微球的吸附等温线类型为IV型且带有H1型回滞环,吸附等温线上有饱和吸附平台,反映孔径分布较均匀,表明两个样品均存在均一的介孔孔道结构[13]. PS和nZVI/PS微球的BET比表面积分别为194 m2/g和133 m2/g. 两种样品在接近饱和压力(p/p0>0.97)时分别显示 764 cm3 STP g-1(PS)和428 cm3 STP g-1(nZVI/PS)的最大吸附能力,表明互连开放的介孔结构允许N2迅速扩散到其内部区域,有助于芬顿反应过程分子的扩散. 基于Barrett-Joyner-Halenda(BJH)模型的两个样品的孔径分布如图3(c),MesoPS和nZVI/PS都具有较高的介孔率,平均孔径分别为40 nm、22 nm等与SEM一致. 高的nZVI/PS孔隙率将使反应活性位点分散性更好,与污染物更容易接触,有利于提升复合材料的催化性能[14].

图4分别为不同pH对苯酚、1-萘酚、4-硝基苯酚以及4-氯苯酚的降解效率影响. 由图可知,pH对 4种酚类化合物影响总体趋势一致,即在酸性条件下,降解效率明显优于中性及碱性条件. 这是由于酸性条件下,溶液中大量的H+可以与零价铁反应产生Fe2+,增进芬顿反应进行. 而中性及碱性条件下,Fe2+则更趋向于形成Fe(OH)2络合物,芬顿反应效率下降,影响酚类化合物去除[15]. 此外,nZVI/PS在中性pH下表现出良好的催化性能,表明nZVI/PS可在较宽的初始pH范围工作.图4 不同pH值对苯酚(a)、1-萘酚(b)、4-硝基苯酚(c)及4-氯苯酚(d)降解的影响
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 姚光远;吴照洋;孙志明;郑水林;;硅藻精土负载纳米零价铁降解甲基橙废水研究[J];非金属矿;2015年01期

2 冯婧微;徐英侠;兰希平;;改性纳米零价铁去除水中莠去津[J];农药;2014年09期

3 王璐瑶;;静电纺丝技术固载纳米零价铁研究进展[J];科技创新与应用;2019年14期

4 吴德礼;王文成;马鲁铭;;绿锈还原转化邻氯硝基苯实验研究[J];同济大学学报(自然科学版);2010年10期

5 孙立波;阮亚男;曾爱斌;;影响零价铁还原硝基苯反应机理的研究[J];光谱实验室;2009年05期

6 晏江波;杨秀英;何勇;唐敏康;肖爱红;;活性炭负载纳米零价铁去除水中溴酸盐研究[J];应用化工;2017年02期

7 张婷婷;韩剑宏;高湘;肖芳;李妍;;零价铁/炭纤维预处理制药废水[J];化工环保;2015年01期

8 魏桃员;温海东;成家杨;;零价铁对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响研究[J];环境污染与防治;2016年12期

9 高国振;李金轩;李小燕;李寻;王长柏;贺彩婷;;纳米零价铁/玉米淀粉的制备及其对Pb~(2+)的吸附[J];化工环保;2014年04期

10 刘以凡;林春香;李莎;刘明华;;负载型还原性球形纤维素吸附剂的制备及表征[J];广州化工;2016年09期

相关博士学位论文 前1条

1 李芙蓉;吸附/零价铁技术处理皂素废水中糠醛和硫酸根的实验研究与机理分析[D];中国地质大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 张东升;超重力法制备纳米零价铁及对重金属离子铅、铬的去除[D];中北大学;2019年

2 栗占锋;零价铁/黄铁矿协同去除重金属污染物的研究[D];绍兴文理学院;2017年

3 黄琎;负载纳米零价铁同时去除废水中重金属与氯代有机污染物[D];绍兴文理学院;2019年

4 雷凯;电沉积法活性炭负载纳米零价铁制备及对偶氮类染料的脱色效能研究[D];重庆大学;2018年

5 扈佳琪;羧甲基化沙柳木粉负载纳米零价铁对Pb~(2+)吸附/脱附性能的研究[D];内蒙古农业大学;2018年

6 何盼盼;纳米零价铁降解污染物碘造影剂的过程和机理研究[D];中国科学技术大学;2017年

7 李丹;纳米零价铁/生物质碳复合材料的制备及在镍废水处理中的应用[D];山西大学;2017年

8 张瑞敏;限域于介孔孔道中的纳米零价铁对硝基芳香族化合物的还原性能[D];南京理工大学;2013年

9 李欣欣;纳米零价铁颗粒和碳材料及其复合材料对水体中Cd（Ⅱ）吸附特性的研究[D];兰州大学;2016年

10 程伟;改性膨润土/纳米铁协同去除废水中的重金属污染物[D];宁波大学;2014年

本文编号：2876124