鐵錳雙金屬催化劑活化過硫酸鹽去除水中偶氮染料和雙酚A的研究

發(fā)布時(shí)間：2020-05-16 09:24

【摘要】：本文采用兩步水熱法和共沉淀法制備了兩種鐵錳雙金屬催化劑,用于活化過硫酸鹽(PS)分別處理水中的偶氮染料RBK5和內(nèi)分泌干擾物雙酚A(BPA)。確定兩種鐵錳雙金屬催化劑活化PS體系對兩種難降解有機(jī)物的最佳降解條件,并研究了體系的催化機(jī)理。通過兩步水熱法制備了Fe_3O_4-α-MnO_2,采用HRTEM、XRD、XPS等進(jìn)行表征,催化劑呈納米花狀,結(jié)晶度高無雜質(zhì)�？疾炝薋e_3O_4-α-MnO_2/PS體系對RBK5和BPA的降解效率,在Fe_3O_4-α-MnO_2投加量為1.2 g/L,PS的濃度為4.0mmol/L、初始pH為7.0的條件下,30 mg/L的RBK5在60 min內(nèi)的降解效率可以達(dá)到91.0%;在PS的濃度為3.0 mmol/L的條件下,30 mg/L的BPA在90 min內(nèi)的降解效率可達(dá)92.0%。淬滅實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了在Fe_3O_4-α-MnO_2/PS體系中,SO_4~(·-)是起主要作用的活性自由基,Fe_3O_4-α-MnO_2催化劑中表面-OH基團(tuán)的存在,以及Mn~(3+)可以將Fe~(3+)還原為Fe~(2+),促進(jìn)了過硫酸鹽的活化,因此Fe_3O_4-α-MnO_2表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。通過GC-MS測定BPA降解過程中的中間產(chǎn)物,推測了BPA可能的降解路徑。采用共沉淀法制備了不同比例的Mn取代磁鐵礦(Fe_xMn_(3-x)O_4),其中Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4活化PS表現(xiàn)出最高的催化活性。對Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4進(jìn)行了FESEM、XRD、XPS等表征,催化劑的尺寸約為200-400 nm分散性好�？疾炝薋e_(2.10)Mn_(0.90)O_4/PS體系對RBK5和BPA的降解效率,在Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4投加量為1.2 g/L,PS的濃度為0.4 mmol/L,初始pH為7.0的條件下,30 mg/L的RBK5的降解效率在40 min內(nèi)達(dá)到92.5%;PS的濃度為0.5 mmol/L的條件下,30 mg/L的BPA的降解效率在40 min內(nèi)達(dá)到93.3%。淬滅實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了在Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4/PS體系中,SO_4~(·-)是起主要作用的活性自由基。通過XPS分析表明,Mn~(3+)不僅可以活化PS,也可以促進(jìn)Fe~(3+)的還原生成Fe~(2+),而Fe~(2+)的存在又可將Mn~(3+)還原為Mn~(2+),從而促進(jìn)了Fe~(2+)/Fe~(3+),Mn~(2+)/Mn~(3+)/Mn~(4+)的循環(huán),提高了PS的活化效率。通過GC-MS測定Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4/PS體系中BPA降解過程中的中間產(chǎn)物,推測了BPA可能的降解路徑。兩種體系對兩種不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)物均有很好的降解效率,對非對稱結(jié)構(gòu)的有機(jī)物的降解效率略優(yōu)于對稱結(jié)構(gòu)的有機(jī)物。由于多出了Mn~(2+)/Mn~(3+)/Mn~(4+)的循環(huán),使得Fe_(2.10)Mn_(0.90)O_4/PS體系對RBK5和BPA的降解效率優(yōu)于Fe_3O_4-α-MnO_2/PS體系,所需氧化劑的量少并且反應(yīng)時(shí)間短。
【圖文】：