多孔碳催化剂的制备及其对水中有机污染物的降解研究
发布时间：2020-12-17 20:35
伴随经济和社会的发展和进步,大量水资源受到了危险有机物和复杂类新型污染物的污染,这些污染物难以用传统水处理方法有效降解,高级氧化技术因其可以通过产生强氧化活性的自由基来催化降解有机污染物而得到普遍应用。其中,非均相催化反应克服了传统高级氧化中均相反应的pH适用范围窄、氧化物利用率低下和易产生二次污染等缺点。针对目前非均相催化剂具有合成路线复杂、合成试剂成本高、催化效率低以及稳定性差等缺点,开发新型环境友好且经济高效的稳定催化剂材料用于污染物的降解显得尤为重要。本文以成本低廉、环境友好的生物大分子海藻酸钠作为原料,以海藻酸钠与金属离子进行交联生成的凝胶作为碳源,通过高温碳化制备出多孔碳催化剂,所生成的多孔碳材料中碳和铁的强键合作用促进了电子传输效率,该催化剂对于过氧化氢和过硫酸盐均具有高效催化活化能力。具体研究内容和结果如下:（1）对比了单金属二价铁、三价铁交联海藻酸钠凝胶模板获得的催化剂,发现二价铁是使催化剂获得更好的形貌结构和催化性能的交联剂。在此基础上,将海藻酸钠与二价铁交联的过程中加入聚乙烯醇形成双网络结构,成功制备出Fe/S多孔碳催化剂,在最优反应条件下催化过氧化氢对四环素降解...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GFe3,GFe2和PGFe的光学照片
燕山大学工学硕士学位论文122.3结果与讨论2.3.1催化剂材料的组成、结构和形貌分析图2-1为相同质量下的GFe3（a），GFe2（b）和PGFe（c）的照片图像。从图中我们可以明显看出，相同质量下三种催化剂材料的体积顺序为PGFe>GFe2>GFe3，GFe2具有比GFe3更好的球形结构（无明显变形），推测密度较小的GFe2相对于GFe3具有更大的比表面积和更多孔的结构。因此，Fe（II）可能比Fe（III）使得海藻酸钠形成更紧密的交联，获得更好的凝胶前驱体。PGFe中的PVA在原位热解的过程中消失，从而使PGFe催化剂材料比未加入PVA交联的GFe3和GFe2两种催化剂材料具有更疏松和多孔的网络状结构。图2-1GFe3,GFe2和PGFe的光学照片为了进一步研究GFe3（a），GFe2（b）和PGFe（c）之间的形貌差异，使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）分别对三种催化剂的表面形貌进行分析。图2-2GFe3(a),GFe2(b)和PGFe(c)的SEM图像；放大倍数：20000倍如图2-2（a）所示，相比之下，GFe3的表面表现得非常平滑。然而，如图2-2（b）所示，GFe2的表面形态发生了明显变化，GFe2催化剂在多孔碳的表面上生
第2章海藻酸钠基Fe/S多孔碳材料催化过氧化氢氧化降解水中有机污染物的研究13成了许多均匀的FeS纳米球并维持良好的形态，并且表面呈现更加粗糙和多孔的结构。图2-2（c）显示，在添加PVA形成双网络结构进行造孔修饰之后所得到的PGFe材料不仅显示出FeS纳米球的形成，而且材料内部还显示出相互支撑的网络状结构，从而得到疏松多孔的结构和更大的比表面积，与光学照片中的结果相一致。如图2-3所示，使用TEM进一步研究了三种催化剂的微观结构。与SEM的结果也相一致，从图中可以看出，GFe3相对于GFe2和PGFe具有更厚的片层结构，在材料表面上没有形成硫化铁纳米球，并且相对于GFe2来说片层表面也更缺少多孔结构。因此，硫化铁纳米球可以支撑多孔碳基体以防止纳米碳材料的团聚。在图2-3（c）中，与GFe2相比，添加PVA后得到双网络结构的PGFe催化剂材料的造孔改性使得其具有更显著的网络状结构和更薄的纳米片层，这证明PVA的添加可以进一步支撑海藻酸钠以防止在原位热解过程中产生纳米碳材料的团聚现象，增多催化反应的活性位点。图2-3GFe3(a),GFe2(b)和PGFe(c)的TEM图像以氮气为吸附介质进行氮气吸附脱附测定催化剂材料的比表面积和孔道结构。三种催化剂GFe3、GFe2和PGFe的N2吸附-脱附等温线如图2-4所示，皆表现为具有H3型滞后回环的IV型等温线。三种催化剂的比表面积、孔容和平均孔径等参数列于表2-1中。与GFe3相比，GFe2的比表面积从89.1m2/g增加到155.0m2/g（表2-2），GFe2比表面积的显著增加是由于形成了支持碳气凝胶基体的FeS纳米球；与GFe2相比，PGFe的比表面积由155m2/g增大到222m2/g，进一步证实了PVA在原位热解过程中可以起到支撑碳纳米材料防止团聚，增大催化剂比表面积的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]S2O82-派生氧化法催化降解水中的甲基橙[J]. 张乃东,张曼霞,彭永臻. 催化学报. 2006(05)
本文编号：2922666
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GFe3,GFe2和PGFe的光学照片
燕山大学工学硕士学位论文122.3结果与讨论2.3.1催化剂材料的组成、结构和形貌分析图2-1为相同质量下的GFe3（a），GFe2（b）和PGFe（c）的照片图像。从图中我们可以明显看出，相同质量下三种催化剂材料的体积顺序为PGFe>GFe2>GFe3，GFe2具有比GFe3更好的球形结构（无明显变形），推测密度较小的GFe2相对于GFe3具有更大的比表面积和更多孔的结构。因此，Fe（II）可能比Fe（III）使得海藻酸钠形成更紧密的交联，获得更好的凝胶前驱体。PGFe中的PVA在原位热解的过程中消失，从而使PGFe催化剂材料比未加入PVA交联的GFe3和GFe2两种催化剂材料具有更疏松和多孔的网络状结构。图2-1GFe3,GFe2和PGFe的光学照片为了进一步研究GFe3（a），GFe2（b）和PGFe（c）之间的形貌差异，使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）分别对三种催化剂的表面形貌进行分析。图2-2GFe3(a),GFe2(b)和PGFe(c)的SEM图像；放大倍数：20000倍如图2-2（a）所示，相比之下，GFe3的表面表现得非常平滑。然而，如图2-2（b）所示，GFe2的表面形态发生了明显变化，GFe2催化剂在多孔碳的表面上生
第2章海藻酸钠基Fe/S多孔碳材料催化过氧化氢氧化降解水中有机污染物的研究13成了许多均匀的FeS纳米球并维持良好的形态，并且表面呈现更加粗糙和多孔的结构。图2-2（c）显示，在添加PVA形成双网络结构进行造孔修饰之后所得到的PGFe材料不仅显示出FeS纳米球的形成，而且材料内部还显示出相互支撑的网络状结构，从而得到疏松多孔的结构和更大的比表面积，与光学照片中的结果相一致。如图2-3所示，使用TEM进一步研究了三种催化剂的微观结构。与SEM的结果也相一致，从图中可以看出，GFe3相对于GFe2和PGFe具有更厚的片层结构，在材料表面上没有形成硫化铁纳米球，并且相对于GFe2来说片层表面也更缺少多孔结构。因此，硫化铁纳米球可以支撑多孔碳基体以防止纳米碳材料的团聚。在图2-3（c）中，与GFe2相比，添加PVA后得到双网络结构的PGFe催化剂材料的造孔改性使得其具有更显著的网络状结构和更薄的纳米片层，这证明PVA的添加可以进一步支撑海藻酸钠以防止在原位热解过程中产生纳米碳材料的团聚现象，增多催化反应的活性位点。图2-3GFe3(a),GFe2(b)和PGFe(c)的TEM图像以氮气为吸附介质进行氮气吸附脱附测定催化剂材料的比表面积和孔道结构。三种催化剂GFe3、GFe2和PGFe的N2吸附-脱附等温线如图2-4所示，皆表现为具有H3型滞后回环的IV型等温线。三种催化剂的比表面积、孔容和平均孔径等参数列于表2-1中。与GFe3相比，GFe2的比表面积从89.1m2/g增加到155.0m2/g（表2-2），GFe2比表面积的显著增加是由于形成了支持碳气凝胶基体的FeS纳米球；与GFe2相比，PGFe的比表面积由155m2/g增大到222m2/g，进一步证实了PVA在原位热解过程中可以起到支撑碳纳米材料防止团聚，增大催化剂比表面积的作用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]S2O82-派生氧化法催化降解水中的甲基橙[J]. 张乃东,张曼霞,彭永臻. 催化学报. 2006(05)
本文编号：2922666
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