有機污染物的高效去除是當前水污染控制領(lǐng)域的重要課題。非均相芬頓催化技術(shù)為水體中有機污染物的降解提供了良好的途徑。本文針對鐵基非均相芬頓催化體系在中性條件下面臨的Fe~(3+)/Fe~(2+)轉(zhuǎn)化慢,界面電子遷移速率及傳質(zhì)受限,催化效率低等技術(shù)難題,以構(gòu)建具有高活性和良好穩(wěn)定性能的鐵基非均相芬頓催化劑為目標,圍繞著催化劑的金屬組成調(diào)控及催化劑載體的選擇兩個方面,開展以偶氮染料金橙Ⅱ為代表的目標污染物的增效去除機理研究。論文首先采用氨熏后浸漬法和碳熱還原法制備了負載于有序介孔碳(OMC)的Fe~0-Fe_2O_3納米復(fù)合非均相芬頓催化劑。Fe~0-Fe_2O_3/OMC具有較高的比表面積和孔容、均一的孔徑、分散良好且粒徑超小的活性組分。在接近室溫及中性的條件下,Fe~0-Fe_2O_3/OMC展現(xiàn)出比Fe~0/OMC和Fe_2O_3/OMC明顯優(yōu)越的催化降解性能。Fe~0-Fe_2O_3/OMC中Fe~0及Fe_2O_3的協(xié)同優(yōu)化及有序介孔碳載體的富集作用,使得Fe~(3+)/Fe~(2+)循環(huán)加速并且催化位點增多,在反應(yīng)的起始階段及催化階段均大幅度提升反應(yīng)效率。為進一步提升鐵基催化劑的效率及對反應(yīng)環(huán)境的pH適應(yīng)能力,論文通過在鐵基催化劑體系內(nèi)引入了異相的金屬銅,制備了鐵銅雙金屬(FeCu)負載于中空介孔硅球(HMS)的非均相芬頓復(fù)合催化劑。FeCu/HMS具有典型的中空介孔結(jié)構(gòu)及高度分散的金屬納米粒子。在接近室溫及中性的條件下,FeCu/HMS展現(xiàn)出優(yōu)越的非均相芬頓催化活性,均優(yōu)于FeCu/MS,Fe/HMS及Cu/HMS。FeCu/HMS內(nèi)鐵和銅的協(xié)同作用可以有效地促進Fe~(3+)/Fe~(2+)和Cu~（2+）/Cu~+氧化還原電對的循環(huán),催化劑的中空結(jié)構(gòu)可以為催化劑提供更多可利用的活性位點及促進催化反應(yīng)的傳質(zhì),從而有效地提高反應(yīng)效率。在以上研究的基礎(chǔ)上,通過調(diào)控不同鐵鹽和銅鹽的量,制備了一系列具有不同鐵銅比的鐵銅雙金屬中空介孔硅球復(fù)合芬頓催化劑。結(jié)果表面:當鐵銅質(zhì)量比為2:6時,復(fù)合催化劑的催化活性最大。此外,復(fù)合催化劑還對高濃度染料污染物的降解表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。催化劑內(nèi)鐵和銅的協(xié)同增效作用主要來源于Fe~(3+)/Fe~(2+)和Cu~（2+）/Cu~+電對在氧化還原循環(huán)中的界面電子轉(zhuǎn)移的加速。為進一步加速催化反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的速率,論文采用靜電紡絲技術(shù)制備了鐵銅雙金屬碳納米纖維復(fù)合催化劑(FeCu/CNF),鐵銅雙金屬納米顆粒在碳化過程中通過碳熱還原原位形成。FeCu/CNF具有典型的線性多孔碳納米纖維結(jié)構(gòu)并且金屬納米粒子高度分散在CNF基體中。在接近室溫及中性的條件下,FeCu/CNF展現(xiàn)出優(yōu)異的非均相芬頓催化活性,均優(yōu)于FeCu/C,Fe/CNF及Cu/CNF。FeCu/CNF內(nèi)鐵和銅的協(xié)同作用可以有效地促進Fe~(3+)/Fe~(2+)和Cu~（2+）/Cu~+氧化還原電對的循環(huán)。此外,納米纖維結(jié)構(gòu)利于催化反應(yīng)中電子的快速長距離傳輸,促進電子轉(zhuǎn)移的速率,最終提高催化劑的催化活性。本論文研究為有機污染物的高效去除提供了新材料、新技術(shù),并為同類鐵基非均相芬頓催化劑的研制與應(yīng)用提供了方法和理論依據(jù),具有較好的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O643.36;X52
【部分圖文】：

？＇Ｊ邐ｉ＂｛逡逑圖１．２邋２０１６年七大流域和浙閩片河流、西北諸河、西南諸河水質(zhì)狀況ｄ逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｗａｔｅｒ邋ｑｕａｌｉｔｙ邋ｏｆ邋ｓｅｖｅｎ邋ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ，邋Ｚｈｅｊｉａｎｇ邋ａｎｄ邋Ｆｕｊｉａｎ邋ｐｉｅｃｅｓ邋ｏｆ邋ｒｉｖｅｒｓ，邋ｒｉｖｅｒｓ邋ｉｎ逡逑ｔｈｅ邋ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ，邋ｒｉｖｅｒｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ邋ａｔ邋２０１６［２］逡逑３逡逑

博士學(xué)位論文逡逑１．４．３技術(shù)路線逡逑本論文的技術(shù)路線如圖１．３所示。逡逑負載型鐵基非均相芬頓復(fù)合催化劑的設(shè)計逡逑Ｉ逡逑組成控制逡逑＾￣￣－－－邐‘邐＆邐組成分析逡逑Ｉ物種類別丨邐丨物種類別丨丨邐Ｉ逡逑Ｉ邋Ｆｅ°邋ｊ邐比例優(yōu)化｜邋Ｆｅ°邋丨ｊ形貌結(jié)構(gòu)邐金屬組分｜逡

ｉｍａｇｅｓ．逡逑２．２．１．３催化劑的孔結(jié)構(gòu)表征逡逑為了進一步分析樣品的結(jié)構(gòu)特性，對樣品進行了氮氣吸附－脫附測試。如圖２．３Ａ所逡逑示，所有樣品均顯示典型的ＩＶ型等溫線并具有Ｈ１回滯環(huán)，表明所制備材料的介孔結(jié)構(gòu)逡逑［２５］。在ＯＭＣ中，于相對壓力為Ｐ／Ｐｆ；邋＝邋０．４－０．７處出現(xiàn)明顯的毛細冷凝，表明其具有均一逡逑的介孔［２３］。在引入鐵物種后，Ｆｅ２０３／０ＭＣ，Ｆｅ（ｌ－Ｆｅ２０３／０ＭＣ和Ｆｅ（）／ＯＭＣ保持了類似的等逡逑溫線形狀，表明均一介孔的保持。為了進一步考察樣品的比表面積和孔容，對樣品的逡逑ＢＥＴ比表面積和孔容進行了計算。如表２．１所示，ＯＭＣ具有最高的比表面積（６２８邋ｍ２／ｇ）逡逑和孔容０．４３邋ｃｍ３／ｇ。Ｆｅ２ＣＶ0ＭＣ，ＦｅＱ－Ｆｅ２０３／０ＭＣ和ＦｅＧ／ＯＭＣ的比表面積和孔容分別為逡逑５３４，邋５５６和５２６邋ｍ２／ｇ以及０．３３，邋０．３７和０．４１邋ｃｍ３／ｇ。和ＯＭＣ相比，含鐵樣品的比表面積逡逑和孔容有所降低

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本文編號：2834850