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近年来,由于印染行业的迅猛发展,大量的废水随之产生,从而导致环境水体质量下降,同时也对人体健康造成潜在危害。作为一种高级氧化技术,微波诱导催化氧化技术由于反应快速、催化效率高、不产生二次污染等特点,在染料废水的处理中受到广泛关注。其中,催化剂对反应的进行有重要影响,因而选取对微波有强烈吸收的催化剂至关重要。 本论文制备了新型、高效的微波催化剂-碳化硅负载的铁酸镁,以直接黑BN为目标物进行微波诱导催化降解研究,主要的工作如下: (1)采用溶胶凝胶法成功制备了材料MgFe2O4和MgFe2O4-SiC,通过对MgFe2O4-SiC的制备条件进行优化制得活性最好的复合材料。XRD分析表明MgFe2O4和MgFe2O4-SiC中都出现了相对应的特征衍射峰,其粒径大小分别为25.39nm和19.58nm。SEM和TEM中MgFe2O4粒子类似链状球形,其均匀负载在SiC的表面上,且内部存在大量的微孔。MgFe2O4和MgFe2O4-SiC的BET比表面积分别为26.23和105.3m2/g,孔径属于介孔范围,其等电点分别在pH4.5和3.6附近。XPS中MgFe2O4-SiC中两相很好地复合在一起,元素价态没有发生改变。此外,MgFe2O4-SiC的介电常数的值远高于MgFe2O4,复合材料的介电损耗显著增强,而它们均存在一定的磁损耗。 (2)通过对偶氮染料直接黑BN进行降解研究,反应5min后,单独微波作用、单独催化剂MgFe2O4-SiC,微波-MgFe2O4体系和微波-MgFe2O4-SiC体系对直接黑BN的去除率分别为6%,17.7%,42.3%和96.5%。通过MnFe2O4-SiC和MgFe2O4-SiC分别对直接黑BN和活性艳红X-3B的微波催化降解比较可知MgFe2O4-SiC的微波催化活性更高。通过对反应的影响因素分析表明MgFe2O4-SiC在很宽的pH范围内都有良好的微波催化性能,最佳的反应条件为MgFe2O4-SiC的加入量1.5g/L,微波功率800W。在微波-MgFe2O4-SiC体系中TOC的去除率为65%,大部分的直接黑BN分子被矿化分解。由生物毒性变化可知反应液对发光菌的抑制率从32%减小到11%,毒性明显降低。MgFe2O4-SiC经过10次使用后对直接黑BN的去除率仍高达80.2%,且其晶体结构没有发生改变。MgFe2O4-SiC对无论对偶氮染料还是其他染料都有很高的去除率,因而MgFe2O4-SiC有良好的的微波催化能力。 (3)通过对材料的微波吸收性能研究的结果表明,MgFe2O4的反射损失(RL)在整个频段均大于-5dB,而MgFe2O4-SiC的最大RL小于-10dB,且在5.0mm厚度时其值最大为13.32dB,对应的频率为2.57GHz,与微波装置的2.45GHz相近,因而其对微波的吸收能力显著增强。MgFe2O4-SiC对微波的吸收能力主要源于材料的介电损耗,材料吸收了超过90%的微波能量用于直接黑BN的降解,使其降解率和矿化率提高。MgFe2O4-SiC的最大反射损失和有效带宽均高于MnFe2O4-SiC,因而与MnFe2O4-SiC相比,MgFe2O4-SiC有更好的微波吸收性能,这与微波催化降解的结果相对应。 (4)为了测定反应中产生的活性物种,分别向反应体系中加入羟基自由基·OH的抑制剂叔丁醇和空穴h+的抑制剂草酸钠。结果表明·OH和h+是此体系所产生的活性物种。且与h+相比,·OH对降解反应起到更为关键的作用。它们可与直接黑BN发生反应,从而促使其快速、有效降解成为小分子物质和无机离子。并通过离子色谱、GC-MS和LC-MS分析测定直接黑BN的降解产物,推导出直接黑在此微波诱导催化体系中的降解路径。 (5)基于上述研究结果,本论文提出了微波诱导MgFe2O4-SiC催化降解直接黑BN的作用机制:即在微波条件下,SiC作为典型的介电材料,能强烈地吸收微波能量,这些能量随后迅速转移到MgFe2O4粒子上,使其表面迅速升温,随之产生大量的热点,且热点随着微波吸收能力的增强而增多,使得材料内部形成的电子空穴对和体系及空气中的O2、H2O发生反应,产生·OH等活性物种参与直接黑BN的降解反应中,促使其快速降解去除。