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芬顿(Fenton)高级氧化技术具有氧化能力强、电负性高及催化加成反应等性质,特别适用难降解物质,且易于控制、条件温和、不产生新的污染,但存在适用pH范围较窄、催化剂难以回收利用、后处理等问题。pH响应宽和铁离子滤出少的高效非均相Fenton催化引起了科研人员的重视。本工作采用水热法,开展了铁基硫化物Fenton催化剂的构筑及氧化降解性能的研究工作。主要研究内容及结论如下:
(1)固体铁材料晶体结构与催化性能之间的关系一直以来是Fenton领域的研究热点。采用水热法将Zn引入FeS中制备了一系列不同Fe/Zn比的三元固溶体Fe1-xZnxS作为非均相Fenton催化剂。其中,Fe0.7Zn0.3S样品展现出相对较优的性能,在4min内实现了苯酚降解,其降解速率常数分别为ZnS和FeS的99和70倍。采用XRD、SEM、TEM、XPS、BET和ICP等表征研究催化剂的物理化学性质。采用ESR自由基捕获测试显示·OH是Fenton氧化过程中产生的主要活性物种。同时发现催化剂性能增强原因是由于Zn的引入诱导原本FeS-磁黄铁矿的晶相发生转变,产生了具有(200)面的FeS2-黄铁矿晶相,并对苯酚降解路径进行了探讨。
(2)采用水热法合成了磁黄铁矿(SynthesizedPyrrhotite,SP)作为一种可见光响应的光-Fenton催化剂。采用XRD、TEM、XPS、固体紫外和BET分析了催化剂的物理化学性质。SP能够在中性条件下60min内光-Fenton降解罗丹明B(RhodamineB,RhB),降解性能分别是天然磁黄铁矿(NaturalPyrrhotite,NP)和商用FeS(Commercial-FeS,com-FeS)的7.5倍和10倍。同时SP对酚类以及抗生素也展现出良好的降解性能。研究发现SP中存在着的FeS2-黄铁矿晶相是其能够在中性条件下具有光-Fenton活性的主要原因。此外,SP表面存在着大量的原子空位,能够富集电子促进催化活性。自由基捕获实验显示·OH是光-Fenton体系中产生的主要活性物种,并研究了可能的光-Fenton降解机理。
(3)光响应范围和pH响应范围窄一直以来是光-Fenton领域中的重要挑战。采用Ni掺杂的方法制备了可见光响应的FeNiS三元固溶体作为非均相光-Fenton催化剂。其中,Fe7Ni3S样品展现出相对较优的光-Fenton活性,在中性条件下30min内实现了对于染料和抗生素模拟废水的降解。采用XRD、SEM、TEM、固体紫外和BET表征研究了催化剂的物理化学性质。自由基捕获淬灭实验显示·OH是Fenton氧化过程中产生的主要活性物种,并研究了可能的光-Fenton机理。研究发现pH响应范围增强的原因是由于Ni的引入诱导产生了FeS2-黄铁矿晶相,能够在催化剂表面形成微酸环境促进催化性能。
(1)固体铁材料晶体结构与催化性能之间的关系一直以来是Fenton领域的研究热点。采用水热法将Zn引入FeS中制备了一系列不同Fe/Zn比的三元固溶体Fe1-xZnxS作为非均相Fenton催化剂。其中,Fe0.7Zn0.3S样品展现出相对较优的性能,在4min内实现了苯酚降解,其降解速率常数分别为ZnS和FeS的99和70倍。采用XRD、SEM、TEM、XPS、BET和ICP等表征研究催化剂的物理化学性质。采用ESR自由基捕获测试显示·OH是Fenton氧化过程中产生的主要活性物种。同时发现催化剂性能增强原因是由于Zn的引入诱导原本FeS-磁黄铁矿的晶相发生转变,产生了具有(200)面的FeS2-黄铁矿晶相,并对苯酚降解路径进行了探讨。
(2)采用水热法合成了磁黄铁矿(SynthesizedPyrrhotite,SP)作为一种可见光响应的光-Fenton催化剂。采用XRD、TEM、XPS、固体紫外和BET分析了催化剂的物理化学性质。SP能够在中性条件下60min内光-Fenton降解罗丹明B(RhodamineB,RhB),降解性能分别是天然磁黄铁矿(NaturalPyrrhotite,NP)和商用FeS(Commercial-FeS,com-FeS)的7.5倍和10倍。同时SP对酚类以及抗生素也展现出良好的降解性能。研究发现SP中存在着的FeS2-黄铁矿晶相是其能够在中性条件下具有光-Fenton活性的主要原因。此外,SP表面存在着大量的原子空位,能够富集电子促进催化活性。自由基捕获实验显示·OH是光-Fenton体系中产生的主要活性物种,并研究了可能的光-Fenton降解机理。
(3)光响应范围和pH响应范围窄一直以来是光-Fenton领域中的重要挑战。采用Ni掺杂的方法制备了可见光响应的FeNiS三元固溶体作为非均相光-Fenton催化剂。其中,Fe7Ni3S样品展现出相对较优的光-Fenton活性,在中性条件下30min内实现了对于染料和抗生素模拟废水的降解。采用XRD、SEM、TEM、固体紫外和BET表征研究了催化剂的物理化学性质。自由基捕获淬灭实验显示·OH是Fenton氧化过程中产生的主要活性物种,并研究了可能的光-Fenton机理。研究发现pH响应范围增强的原因是由于Ni的引入诱导产生了FeS2-黄铁矿晶相,能够在催化剂表面形成微酸环境促进催化性能。