金属有机框架衍生的CoFe2O4活化过一硫酸盐(PMS)处理染料废水

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基于硫酸根自由基(SO4·-)的高级氧化技术因其高效、适用性强等特点受到研究者的广泛关注,是处理染料废水的有效方法。其中以过一硫酸盐(PMS)为氧化剂产生SO4·-的技术是目前的研究热点。现有研究发现采用钴离子活化PMS产SO4·-虽然高效,但存在着钴的二次污染,而传统钴基氧化物催化剂虽一定程度上控制了钴离子的二次污染,但反应速率较低,因此研究新型的高效催化剂具有重要意义。以金属有机框架材料(MOFs)为前体的双金属钴铁氧化物不但继承了MOFs多孔和大比表面积的纳米结构,且引入了双金属位点,从两方面提高了传统钴基氧化物的催化效果,是兼具高效催化效果和金属离子二次污染较少两种优势的催化剂。本课题制备了CoFe-MOF热处理衍生的纳米CoFe2O4催化剂(M-CoFe2O4),并对其活化PMS处理染料废水的效果进行了研究。在无催化剂的情况下,论文对PMS自身活化性能进行了研究分析。实验利用PMS自身活化处理亚甲基蓝(MB)、酸性橙7(AO7)和罗丹明B(RhB)3种典型染料,优化了脱色条件并分析了机理。研究证明,在碱性条件下,PMS自身活化性能较强,可有效处理AO7和MB,但对RhB处理效果较差。在中性条件下,PMS自身活化性能较差,无法有效处理染料污染物。在p H=10.8~11.5(MB)或p H=10.0~10.8(AO7或RhB),PMS投加量100mg/L的最优条件下,MB、AO7和RhB的脱色速率常数可分别达到0.097,0.074,0.004min-1,脱色率可分别达到95.1%,93.3%和30.1%。捕获剂实验证实PMS自身活化脱色3种染料时起主要作用的均是单线态氧(1O2)。基于紫外-可见全波长光谱的结果推测,反应脱色MB和AO7较快可归因于1O2对噻嗪生色基团和偶氮键的攻击更有效率。在PMS自身活化性能的研究基础上,以RhB染料的模拟废水进行了催化剂M-CoFe2O4活化PMS处理效果的研究。在p H=5.0,PMS用量200mg/L,催化剂用量200mg/L的最优条件下,反应20min可实现RhB的完全降解。捕获剂实验证实M-CoFe2O4/PMS体系降解RhB中主要起作用的是SO4·-。M-CoFe2O4/PMS体系也能较好的降解MB和AO7。催化剂循环使用4次后M-CoFe2O4/PMS体系反应60min对RhB的去除率仍可达到91.7%,催化剂耐用性强。研究了Cl-、H2PO4-、HCO3-对M-CoFe2O4/PMS体系降解RhB的影响。H2PO4-、HCO3-对反应有促进作用,反应10min能实现RhB的完全降解,Cl-对反应有抑制作用,反应20min的RhB去除率降为91.6%。研究证明M-CoFe2O4在染料废水处理中具有广阔的应用前景。
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