【摘 要】
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工业快速发展所带来的环境污染问题越来越受到人们的关注。对于废水中的高浓度有机物,直接生化法处理很难达到排放要求。催化氧化技术可以通过催化产生具有强氧化性的自由基,将有机物降解为可生物降解的小分子,使有毒工业废水无害化。其中,低温常压非均相催化氧化技术因其反应条件相对温和,可降解高浓度难降解有机污染物等优势而被广泛使用。对催化剂的组分、形貌进行合理设计,进而提升其对污染物的降解效能,这对非均相催化氧
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)
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工业快速发展所带来的环境污染问题越来越受到人们的关注。对于废水中的高浓度有机物,直接生化法处理很难达到排放要求。催化氧化技术可以通过催化产生具有强氧化性的自由基,将有机物降解为可生物降解的小分子,使有毒工业废水无害化。其中,低温常压非均相催化氧化技术因其反应条件相对温和,可降解高浓度难降解有机污染物等优势而被广泛使用。对催化剂的组分、形貌进行合理设计,进而提升其对污染物的降解效能,这对非均相催化氧化技术有着重要意义。本课题主要分两个部分,第一部分研究了溶剂体系对溶剂热合成氧化镍催化剂的形貌和催化过硫酸氢盐(PMS)降解金橙Ⅱ的性能影响,第二部分则研究石墨烯-氧化镍复合催化剂在光辅助化学催化次氯酸钠降解亚甲基蓝中的应用。在第一部分的研究中,我们成功地通过溶剂热法合成三种不同形貌的多孔纳米氧化镍催化剂并应用于催化PMS降解金橙Ⅱ。研究发现改变溶剂种类可以有效地调控催化剂的孔径、孔形状以及微观形貌。以乙醇为溶剂合成的氧化镍为薄片组装的花球状,而以水热合成的氧化镍则为类海绵状六边形多孔厚片。以乙二醇为溶剂合成的氧化镍呈薄片状,主要晶面为高活性的(111)晶面,其具有的缝隙状开孔有利于催化反应中反应物分子的吸附与脱附,有效提高了催化反应的降解效率;在中性条件下,30分钟内对金橙Ⅱ的降解率可达到95%。结构表征与性能实验表明该氧化镍具有较高的电荷传输速率、丰富的氧空位和表面活性位点,pH适应范围较广,稳定性高,循环使用四次后仍能达到94%以上的降解率。自由基淬灭实验表明,氧化镍/PMS体系中存在硫酸根自由基、超氧自由基和羟基自由基三种主要活性物种。在第二部分的研究中,我们同样采用溶剂热法制备了不同比例的石墨烯-氧化镍复合催化剂,并对其微观结构以及光辅助化学催化次氯酸钠降解亚甲基蓝的性能进行了表征和评价。与石墨烯复合后,氧化镍催化剂的比表面积从86.34 m2/g提高到了226.16 m2/g,同时石墨烯也明显提高了氧化镍催化剂的表面缺陷数目、电荷传输能力和吸光能力,提升了催化剂的光催化性能;在30分钟内,石墨烯-氧化镍复合催化剂光辅助催化次氯酸钠降解亚甲基蓝可达到98%的脱色率和93%的化学需氧量去除率。制备的石墨烯-氧化镍复合催化剂在较宽的pH范围(5-9)内均能保持较高的催化活性。自由基淬灭研究显示,光辅助化学催化次氯酸钠降解亚甲基蓝的过程中产生了超氧自由基、光生空穴和羟基自由基三种活性自由基,其中以超氧自由基为主要活性物种。同时,得益于Ni2+/Ni3+氧化还原电对的形成以及石墨烯的协同作用,复合催化剂表现出优良的稳定性,这使其在光辅助化学催化次氯酸钠降解有机污染物方面具有较高的应用潜力。
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