磁鐵礦基催化劑的制備及其降解水中有機(jī)污染物的研究.pdf

1、近年來，磁鐵礦(Fe3O4)作為一種新型催化劑，由于其結(jié)構(gòu)中含有Fe(Ⅱ)，在類Fenton氧化技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。由于過硫酸鹽(PS)具有H2O2類似的O-O結(jié)構(gòu)，F(xiàn)e3O4也被廣泛用作活化過硫酸鹽的催化劑。然而，許多研究中Fe3O4表現(xiàn)出來的的催化活性不高。為了提高Fe3O4/PS體系的活化效率，本文選取羅丹明B為目標(biāo)污染物，制備不同的磁鐵礦基催化劑。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)利用對苯二酚的氧化聚合合成多聚苯酚，并通過對這

2、種多聚物進(jìn)行紅外譜圖以及循環(huán)伏安的表征，表明其具有較好的氧化還原性且多聚物鏈保留了醌基、酚基。研究多聚苯酚對Fe3O4/PS體系催化降解RhB的影響，發(fā)現(xiàn)多聚苯酚的添加可以強(qiáng)化Fe3O4/PS體系催化活化降解RhB的降解率，這主要是由于多聚苯酚的加入實(shí)現(xiàn)了兩個循環(huán)，一個是醌、半醌之間的相互轉(zhuǎn)化，一個是Fe(Ⅲ)向Fe(Ⅱ)的轉(zhuǎn)化。多聚物中保留的酚基、醌基官能團(tuán)促進(jìn)Fe(Ⅲ)向Fe(Ⅱ)轉(zhuǎn)化，從而更快的產(chǎn)生SO4-·，提高了體系的催化降解

3、率。
　　(2)通過多聚氧化法在Fe3O4表面負(fù)載多聚苯酚得到多聚苯酚/Fe3O4，復(fù)合物可以高效活化過硫酸鹽產(chǎn)生SO4-·。多聚苯酚/Fe3O4相比于單純的Fe3O4具有較高的催化活性，催化劑保留了醌基官能團(tuán)，醌類物質(zhì)的存在可以促進(jìn)Fe(Ⅲ)向Fe(Ⅱ)的轉(zhuǎn)化，以提高RhB的降解率。本章同時對多聚苯酚/Fe3O4活化過硫酸鹽降解RhB體系的氧化劑濃度、催化劑投加量、pH、溫度等作了詳細(xì)研究。其中溫度的升高可以提高有機(jī)污染物的降解

4、效率，且降解符合擬一階動力學(xué)模型。最后，對催化劑的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，結(jié)果顯示多聚苯酚/Fe3O4是較為穩(wěn)定的。
　　(3)利用水熱法合成石墨烯負(fù)載磁鐵礦(GS/Fe3O4)，采用X-射線粉末衍射(XRD)、紅外光譜(FTIR)以及比表面積(BET)對其表征。以GS/Fe3O4為催化劑，活化過硫酸鉀催化降解RhB，考察石墨烯與磁鐵礦不同質(zhì)量配比、催化劑用量、氧化劑濃度、pH、溫度等因素對降解性能的影響。結(jié)果表明，石墨烯的摻雜可以顯著提

5、高RhB的催化降解效率。石墨烯與Fe3O4最佳比例是1∶5;氧化劑用量的增加有利于降解反應(yīng)，且促進(jìn)趨勢最后達(dá)到平緩;中性和堿性環(huán)境下不利于石墨烯/Fe3O4催化降解羅丹明B，弱酸性條件則有利于降解;溫度升高對降解有利，且符合擬一階動力學(xué)模型。另外，自由基實(shí)驗(yàn)表明該氧化體系中的氧化劑以SO4·-為主，·OH和O2-·為輔。
　　(4)利用溶劑熱法合成新型催化劑FeS/Fe3O4。這種復(fù)合物可以高效活化過硫酸鹽產(chǎn)生SO4-·，其催化效

6、果極其明顯。FeS/Fe3O4相比于單純的Fe3O4具有極高的催化活性，這是由于FeS表面的負(fù)載鐵更容易活化過硫酸鹽，以提高RhB的降解率。同時本章對FeS/Fe3O4活化過硫酸鹽降解RhB體系的氧化劑濃度、催化劑投加量、pH、溫度等作了詳細(xì)研究。升高體系的溫度可以提高活化過硫酸鹽降解有機(jī)污染物的降解效率。最后，對催化劑的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，結(jié)果顯示FeS/Fe3O4是較為穩(wěn)定的。體系研究表明FeS/Fe3O4可以有效活化過硫酸鹽降解RhB