锰氧化物Fenton催化剂的控制制备及类芬顿反应性能研究

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近年来,环保、低毒的锰氧化物(MnOx)因活化过氧单硫酸盐(PMS)能高效降解废水水体中的有机污染物而受到越来越多的关注。然而,锰氧化物催化剂的类Fenton反应活性、稳定性仍存在进一步提升的空间。此外,锰氧化物的表面活性物种对其催化性能有重要影响,但这些物种控制生成的策略仍然缺乏。本研究采用水热法,通过调变水热温度或醇类添加剂碳链长度,制备了两种锰氧化物催化剂,以PMS为氧化剂考察了它们催化降解染料污染物的性能。本研究结果对高活性、高稳定性锰基氧化物催化剂的制备具有一定的借鉴意义。其具体研究内容如下:(1)采用水热法,通过调节不同温度,实现了OMS-2纳米线和γ-MnOOH两种典型功能性锰氧化物之间的简便转换。研究发现,制备的OMS-2材料具有针状的纳米线形貌,其中因Mn3+的存在而形成氧空位。从催化效果来看,OMS-2活化PMS催化降解罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB)的效率明显高于商业锰氧化物MnO2、Mn2O3和Mn3O4以及制备的类似物。OMS-2催化剂在较宽pH范围内(pH=1–9)都有较高的活性,在RhB或MB的降解反应中可以循环使用六次而不明显损失其催化活性。通过向OMS-2/PMS染料降解实验体系中加入自由基捕获试剂来探究参与反应的活性物种,发现反应中产生了SO4·-、OH和~1O2三种活性自由基,其中以~1O2为主。(2)采用水热法,通过调变醇类添加剂的碳链长度,制备了具有氧空位缺陷的α-MnO2系列催化剂。结果表明通过添加不同碳链长度的醇可以控制氧空位的浓度。所制备的催化剂呈现纳米线或纳米棒形貌形貌。将制备的催化剂用于活化PMS来降解水中的有机染料,其降解效率明显高于商业锰氧化物MnO2、Mn2O3和Mn3O4以及制备的类似物。研究还发现,催化剂在酸性条件下表现出较高的催化降解活性。自由基捕获实验结果表明,α-MnO2激活PMS的反应中SO4·-是参与反应的主要活性物种。
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