钴系非均相类Fenton催化剂的制备以及活化过一硫酸盐催化降解性能的研究

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开发活性高、稳定性好的催化剂是实际应用的一个长期目标。本论文以ZnO和g-C3N4为基底,通过掺杂钴离子和在光催化剂上负载钴系催化剂,制备了三种类型的非均相钴系类Fenton催化剂,高效活化过一硫酸盐(PMS)催化降解有机物污染物。相比较于传统的均相催化剂,这三种催化剂不仅最大程度保留了活化PMS的催化活性,同时还由于基底的存在减少钴物种的泄露,避免造成二次污染。基于此,本论文开展了以下三个体系的工作。本论文第二章,通过共沉淀法和煅烧法将钴掺杂到ZnO中,合成了不同钴掺杂量的Co-ZnO类Fenton催化剂。利用该催化剂在黑暗条件下活化PMS催化降解罗丹明B(Rh B)。在类Fenton反应中,Co-ZnO复合催化剂的催化活性明显高于单独的ZnO。当钴的掺杂量为6%时显示出最佳的催化活性,在35分钟内可去除约98%的Rh B。通过捕获剂实验得出,SO4·-是主要的自由基。根据实验结果和相关文献,提出了可能的反应机理。通过循环实验,验证了该复合催化剂具有良好的稳定性。本论文第三章,将二维材料CoOOH负载到g-C3N4表面,制备了CoOOH/g-C3N4复合物。利用该催化剂在光辅助类Fenton反应中催化降解Rh B。相比较于单独的g-C3N4和CoOOH,CoOOH/g-C3N4催化活性明显提高。其中,CoOOH含量为4%的复合催化剂(4%CoOOH/g-C3N4)显示出最佳的催化活性,在50分钟内可将约99%的Rh B降解。由于光催化反应和类Fenton反应的协同作用,使降解效率增强。捕获剂实验表明,SO4·-是主要的自由基,但O2·-、·OH和h+也有一定的影响。基于实验结果和文献调研,提出了复合催化剂可能的反应机理。通过循环实验已证实该复合催化剂在催化反应中具有良好的稳定性。本论文第四章,制备了石墨相氮化碳(g-C3N4)和尖晶石钴酸铁(FeCo2O4)复合材料,并通过将光催化和类Fenton反应相结合,用于降解罗丹B(Rh B)。FeCo2O4含量为3%的复合催化剂(3%FeCo2O4/CN)对Rh B的降解效果最好,在45分钟内可降解98%的Rh B。催化活性增强是由于光催化与类Fenton反应之间的协同作用以及光生电荷的有效分离。3%FeCo2O4/CN的催化活性大于FeCo2O4、g-C3N4及其相应混合物的催化活性。淬灭和EPR实验表明,SO4·-、O2·-、h+和·OH,尤其是SO4·-,参与了Rh B的去除。循环实验证实,在400℃下煅烧使用过的催化剂,可以恢复其催化活性。结果表明,复合材料具有较好的降解废水中有机污染物的能力。本论文通过掺杂和负载的方法制备了三种高效的钴系非均相类Fenton催化剂。这些催化剂不仅解决了均相催化剂的不足,而且具有优异的稳定性和较高的催化活性,因此具有极大的潜在应用价值。
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