改性活性炭纖維催化過一硫酸氫鹽降解水中活性黑5.pdf

1、目前，基于過一硫酸氫鹽(PMS)的高級氧化技術(shù)(Advanced oxidationprocesses，AOPs)的研究受到廣泛的的關(guān)注，尤其是利用碳材料作為催化劑或者催化劑載體催化PMS產(chǎn)生硫酸根自由基(SO4·-)降解水中有機(jī)污染物的研究方向更是成為了近期的熱點(diǎn)。然而，目前更多的研究主要集中在利用活性炭顆粒(GAC)或者活性炭纖維(ACF)作為Co或Fe等過渡金屬的載體，直接利用碳材料作為PMS催化劑的研究非常少，而且主要的目標(biāo)污染

2、物都是一些易吸附的有機(jī)污染物。
　　本文選取活性染料活性黑5(RB5)為目標(biāo)污染物，由于ACF幾乎不吸附RB5，這樣可避免ACF對污染物的吸附過程對其降解機(jī)理分析的干擾。前期研究發(fā)現(xiàn)ACF催化PMS降解RB5的能力十分有限。為了提升ACF的催化降解活性，希望通過對ACF的表面改性，最終提升其催化降解RB5的能力。同時(shí)通過X射線光電子能譜(XPS)分峰等手段確定對其催化能力起促進(jìn)作用的活性官能團(tuán)種類。本文的具體研究內(nèi)容如下:

3、　　(1)將原始活性炭纖維(ACF-0)通過三種方法改性，分別獲得三種活性炭纖維材料:ACF-N(ACF-0經(jīng)3M硝酸處理)、ACF-H（ACF-0經(jīng)900℃氮?dú)鈿夥崭邷丶訜幔?、ACF-NH(ACF-N在900℃氮?dú)鈿夥崭邷丶訜?。通過比表面積和孔徑結(jié)構(gòu)分析、Boehm滴定法、傅里葉紅外光譜圖(FT-IR)、掃描式電子顯微鏡-X光微區(qū)分析(SEM-EDS)、X射線光電子能譜(XPS)等方法表征上述四種ACF的表面物化性質(zhì)。硝酸處理會(huì)使得

4、ACF表面遭到腐蝕，增加ACF表面的羧基和酮基的同時(shí)能夠引入硝基等含氮官能團(tuán)到ACF表面。高溫處理能夠使ACF表面變得更加密實(shí)，使得羧基，酮基和醛基等酸性官能團(tuán)熱解的同時(shí)，相當(dāng)一部分的堿性官能團(tuán)也會(huì)在加熱過程中分解。而先硝酸處理，再熱處理所的的ACF-NH的表征結(jié)果顯示，該方法在較微弱的改變ACF表觀形態(tài)和孔徑結(jié)構(gòu)的情況下，能夠成功將含氮官能團(tuán)引入ACF表面，并且使得表面呈堿性。
　　(2)比較了ACF-0、ACF-N、ACF-H

5、、ACF-NH等四種材料分別催化PS、PMS和H2O2對易吸附有機(jī)物酸性橙7(AO7)和難吸附有機(jī)物RB5的降解情況。對于AO7，四種材料的活化能力與對AO7吸附和催化降解能力依次為:ACF-NH＞ACF-0＞ACF-H＞ACF-N。而對于RB5，四種材料都基本很難吸附RB5，而其催化降解能力依次為:ACF-NH＞ACF-0＞ACF-N＞ACF-H。通過上述比較，ACF-NH/PMS為降解RB5的最優(yōu)體系。增加PMS和ACF-NH的投加

6、量能提升其對難吸附污染物RB5的降解能力。當(dāng)PMS與RB5摩爾比為50∶1，ACF-NH投加量為0.4g/L時(shí)被認(rèn)為最優(yōu)條件。
　　(3)利用XPS的C、N、O全譜，結(jié)合四種材料聯(lián)合PMS降解RB5的性能，分析了上述三種元素在活性炭纖維表面的存在狀態(tài)對其催化性能的影響。首先C元素對催化作用起著直接作用的是表面的π-π電子對。而C和O其他官能團(tuán)主要?jiǎng)t主要是通過不同官能團(tuán)具有的不同酸堿性質(zhì)，使得ACF表面酸堿度隨之改變，最終來影響其對

7、具有酸性的RB5分子的吸引接觸能力，間接的改變催化降解能力。最后ACF表面微量的氮元素對催化PMS降解RB5起著至關(guān)重要的作用，其中硝基會(huì)明顯抑制催化作用，而吡啶和胺類等基團(tuán)會(huì)促進(jìn)催化反應(yīng)的進(jìn)行。
　　(4)定性分析了ACF-NH/PMS體系降解RB5的機(jī)理。該體系對RB5的降解主要為偶氮鍵的斷裂，苯環(huán)和萘環(huán)的開環(huán)。ACF-NH/PMS體系能夠降解RB5的主要活性物種被認(rèn)為是HO·和SO4-，其活化位點(diǎn)為ACF-NH表面，而且對R