机械球磨法制备FeSn及其在复杂废水中的应用研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:niehaibin
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在本课题的研究中,我们将商业购买的麦士铁矿(mackinawite,FeS)作为制备催化剂的前驱体,采用机械球磨的方法,将其和不同比例的单质硫粉(S)进行机械球磨,可以得到具有不同S/FeS比例的系列催化剂FeSn。通过对FeSn进行一系列形貌和结构的表征,可以证明FeS和S通过球磨后形成了稳定均一的物质。为了测试催化剂FeSn的催化氧化能力,我们以双酚A为模型污染物,通过检测双酚A的降解速度和降解效率来进行验证。在研究中发现,当S/FeS的摩尔比为0.92(即FeS1.92,质量比为3:1)时表现出最高的催化氧化效率,能够在15 min内将100 ppm的有机物完全氧化。该催化剂在中性及弱酸性条件下都具有非常高的稳定性,拓宽了芬顿体系的应用范围。在循环四次后,依然能够表现出非常高效的催化氧化能力,并且溶液的铁离子浸出量非常少,减少了造成二次污染的可能性。同时,FeS1.92具有很高的普适性,对其他几种不同类型的污染物也具有很高的降解效率。此外,由于催化剂中本身含有S2-,因此该催化剂还具有非常高的耐硫性,当废水中S2-浓度在0-0.8 g/L的范围内,依然能够在15 min内将有机物完全氧化,同时将有害的S2-氧化成无害的SO42-。最后,通过验证催化反应过程中及反应后的产物,我们提出了FeS1.92激活H2O2降解有机污染物的机理。FeS1.92还具有非常好的吸附性,能够在15 min内将废水中大部分的重金属离子完全吸附。对于重金属-有机络合物这种非常难以处理的废水,我们重新制备了球磨时间更长(3 h→30 h),性能更加优良的催化剂FeSn’。以柠檬酸铅(Pb-TCA)作为模型污染物,FeS3能够表现出最佳的处理效果,既能够将重金属离子处理到1 mg/L以下,还能够达到80%的TOC去除率,可以同时处理重金属离子和有机污染物。综上,我们采用廉价的FeS作为催化剂前驱体,利用机械球磨法进行改性得到了系列催化剂FeSn,并将其用于复杂废水的处理。在处理过程中,该催化剂不仅表现出了良好的稳定性,耐硫性,吸附性,普适性等特点,还具有成本低,操作简单,便于实现工业化应用的优势,是一种非常实用的催化剂。
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