粉煤灰的二氧化钛、金属酞菁催化剂表面负载研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yingzizhang
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应用催化氧化技术净化污水是水污染治理的一条重要途径,催化剂在处理水污染过程中常会出现催化位点包埋导致其性能降低,或者出现二次污染等问题。通过合适的物理或化学的负载方法并选择合理的载体对催化剂进行负载可以提升催化剂的性能,有利于催化剂的回收再利用避免二次污染环境。因此,以催化剂负载是一项具备适用意义的研究工作。本研究选用粉煤灰(FA)为载体负载了两种催化剂:在低温下合成了二氧化钛(TiO2)通过原位生长作用将TiO2固定在FA表面制备了TiO2/FA;分步制备了八羧基铁酞菁(OCFePc),通过物理吸附作用将OCFePc沉淀在FA表面制备了OCFePc/FA。运用多种现代材料测试技术对负载结构给予表征,以罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝等多种有机染料作为模拟污染物,研究考察两种负载催化剂的降解性能,提出催化反应的相应机理。本论文主要包括以下三方面:(1)利用氢氟酸(HF)掺杂改性TiO2调控其晶相结构制备氢氟酸掺杂二氧化钛(HF-TiO2),研究HF添加量对TiO2晶体结构及其对紫外光催化性能的影响。在一定浓度范围内,氢氟酸的辅助添加对TiO2的光响应范围具有微调作用,但会大幅提升其对罗丹明B(RhB)光催化降解性能。若HF添加量过大,TiO2的纳米结构就会被腐蚀破坏,使得光催化降解性能降低,其中掺入0.1 mL HF相比0.08 mL HF会使得光催化效率降低50%。电子自旋共振(ESR)检测手段证实了光催化过程里TiO2表面产生的羟基自由基是活性自由基物种。(2)采用原位生长法将TiO2固定到粉煤灰微球的表面,得到的粉煤灰表面覆盖了一层均匀的TiO2。将负载型TiO2/FA紫外光催化性能与纯TiO2相比较,研究发现:在相同的使用量、同样的催化条件下,合成的TiO2/FA中TiO2的负载量仅为纯TiO2质量的1.4%,相同时间内降解率为未改性纯TiO2的70%,负载到FA表面后催化效率提高了35倍。(3)采用物理吸附法将OCFePc负载于粉煤灰微球表面,分别运用扫描电子显微镜、X-射线粉末衍射仪、红外光谱技术证实其负载结构。选择叔丁基过氧化氢构建催化氧化体系,以甲基橙、亚甲基蓝为模拟污染物评价其降解性能。研究发现:质量分数为5%的OCFe Pc/FA其球状表面已具有明显的催化剂覆盖效果,在20分钟内对25 mg/L浓度亚甲基蓝,30分钟内对10 mg/L浓度亚甲基蓝的染料可达到90%以上降解率,脱色过程符合准一级动力学。电子自旋共振(ESR)检测技术证实了叔丁过氧自由基和羟基自由基为催化体系产生的活性自由基,二者与高价铁氧活性物种协同催化染料发生快速降解。
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