粉煤灰@铁酞菁复合材料的构建及其环境催化性能研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangshuyunhuiming
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工业废水由于其存在潜在毒性且不易降解,对环境具有较大危害,使用催化材料对其污染物进行降解是一种低成本且环境友好的处理方法。金属酞菁是一种具有效率高、能耗低、物理性质稳定的催化剂,但不溶于水及大部分有机溶剂而降低了催化效率。而粉煤灰(FA)可通过机械研磨、化学改性等方法赋予吸附能力和特定表面电荷,同时廉价易得和拥有良好的稳定性,作为催化剂载体具有独特优势。目前,以粉煤灰为载体的代表性催化剂仍是Ti O2@FA复合光催化材料,负载金属酞菁的研究报道却寥寥无几。因此,对粉煤灰负载金属酞菁类催化剂展开研究。本论文主要研究工作如下:(1)制备粉煤灰载体:利用Na OH碱溶液对粉煤灰颗粒物进行回流处理,在粉煤灰微球表面构建一层硅铝酸盐凝胶沉积物,使原有的光滑表面变得复杂多孔,比表面积提高了近80倍,孔径主要分布在2至50 nm,以5 nm孔径为主。经碱处理后的粉煤灰表面分布有大量的负电荷,zeta电位测试表明材料表面电荷分布在–56.8至9.8 m V范围内,十分利于催化剂的负载和对阳离子染料的物理吸附。(2)通过简单的沉淀反应,将TCFe Pc配合物负载于碱改性的粉煤灰微球表面(TCFe Pc@FA)。形貌表征推断TCFe Pc沉积粉煤灰多枝条表面结构的缝隙内。选择叔丁基过氧化氢(Bu OOH)或过硫酸氢钾(KHSO5)作为氧化剂,TCFe Pc@FA对浓度为40 mg/L的甲基橙(MO)、刚果红(CR)和碱性品绿(MG)在10 min内快速降解。紫外-可见吸收光谱和电子顺磁共振波谱(ESR)表明所构建的催化氧化体系生成的Bu OO·、SO4·-、HO·等多种自由基与高价的铁氧活性物种TCPc FeIV=O能够以自由基氧化和非自由基氧化等不同的方式氧化降解有机染料。(3)制备催化、磁性回收的双功能复合催化剂(TNFe Pc@Fe3O4@FA):利用溶剂热反应在碱改性的粉煤灰表面合成直径约100 nm的Fe3O4磁性纳米球,其均匀的包裹住粉煤灰。在制备过程中加入SDBS促进磁性小球的生成,饱和磁化强度为0.11 emug-1。以Fe3O4为铁源,利用溶剂热反应将TNFe Pc直接在磁性纳米球表面合成。分别运用SEM、XRD、FT-IR、XPS等多种检测技术确定TNFe Pc的表面负载情况。选择Bu OOH构建催化氧化体系,发现19 min内对10 mg/L亚甲基蓝(MB)达到98%以上降解率,重复6次使用后仍然有84.4%的降解率;35 min内对10 mg/L罗丹明B(Rh B)降解率达到94%,经4次重复实验后保留有89%的降解率。ESR检测催化体系验证·O2-、Bu O·、HO·等自由基的产生,这些活性自由基与目标污染物反应达到了降解的目的。粉煤灰负载金属酞菁是一种可行的方法,不仅展现出满意的催化结果,制备更简洁和低廉。
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