石墨烯基復(fù)合催化劑非均相類Fenton降解有機(jī)污染物的研究.pdf

1、本文針對(duì)持久性有機(jī)污染物難以治理的技術(shù)難題，開(kāi)展以催化材料為核心的新型類Fenton技術(shù)研究，圍繞類Fenton催化劑的理性設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，構(gòu)建基于硫酸根自由基(SO·-4)的石墨烯基復(fù)合催化劑(Mn3O4-rGO，Co-rGO和Co(OH)2)/PMS耦合催化氧化去除水中有機(jī)物，以活性自由基基團(tuán)生成速率與生成效率為優(yōu)化指標(biāo)，設(shè)計(jì)并制備出新型石墨烯基復(fù)合催化劑，揭示了催化劑生長(zhǎng)機(jī)理和結(jié)構(gòu)控制途徑，探明了礦化有機(jī)物的反應(yīng)機(jī)理，詮釋了催

2、化材料的組成—結(jié)構(gòu)—表/界面性質(zhì)—催化性能間的構(gòu)效關(guān)系，在新型類Fenton的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用兩個(gè)方面均取得了較好的成績(jī)。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下所示:
　　(1)以鱗片石墨為原料，采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨，以所制備的氧化石墨作為前驅(qū)體，在水溶液中用原位合成技術(shù)成功制備了納米Mn3O4-rGO復(fù)合物催化劑，并研究了其活化PMS降解有機(jī)污染物金橙Ⅱ的性能。采用FESEM、EDS、TEM、XRD、Raman、XPS和TGA

3、對(duì)所制備的催化劑進(jìn)行相關(guān)的表征測(cè)試，表征的結(jié)果表明Mn3O4納米顆粒成功負(fù)載到石墨烯表面，Mn3O4-rGO雜化材料中的Mn3O4納米顆粒的平均粒徑為29.2 nm。催化性能測(cè)試表明，常溫條件下，濃度為0.5 g/L的Mn3O4-rGO催化劑能在120 min內(nèi)將30 mg/L的金橙Ⅱ完全降解。此外，金橙Ⅱ的降解效率隨溫度(25-55℃)、pH值(4.0-11.0)、PMS濃度(0.25-1.5 g/L)的升高而升高，但隨金橙Ⅱ溶液初始

4、濃度（30-90 mg/L）的升高而降低。同時(shí)，催化劑在循環(huán)4次后仍可在120 min內(nèi)反應(yīng)完全，顯示出良好的穩(wěn)定性。
　　(2)以氧化石墨為原料，采用原位合成技術(shù)制備出Co-rGO催化劑的前驅(qū)體，再通過(guò)氫氣還原成功制備Co-rGO催化劑，并以此構(gòu)建了納米Co-rGO/PMS的新型高級(jí)氧化體系。研究發(fā)現(xiàn)，在納米Co-rGO復(fù)合物中，Co納米顆粒與石墨烯的結(jié)合在催化活性方面起到了協(xié)同作用。與純Co納米顆粒相比，納米Co-rGO復(fù)合物

5、對(duì)PMS分解反應(yīng)的催化活性更強(qiáng)，更有利于有機(jī)污染物的氧化降解。在相同催化劑(Co-rGO)和PMS(0.2 g/L)用量下，Co-rGO/PMS體系中金橙Ⅱ(60 mg/L)的降解遵循準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，速率常數(shù)k為0.0747 min-1，是Co/PMS體系中表觀速率常數(shù)k(0.0357 min-1)的2.1倍。
　　(3)采用簡(jiǎn)單的水熱合成法，以葡萄糖為氧化石墨烯的還原劑，成功制備出α-Co(OH)2-rGO的雜化材料，并對(duì)利用

6、該催化劑活化PMS降解苯酚的性能進(jìn)行了研究。催化劑的表征結(jié)果表明α-Co(OH)2納米顆粒隨機(jī)的、無(wú)規(guī)律的負(fù)載在石墨烯片層上。催化劑的催化性能研究發(fā)現(xiàn)，在催化劑濃度為0.02 g/L，PMS濃度為0.5 g/L的條件下，α-Co(OH)2-rGO/PMS體系在40 min內(nèi)對(duì)30 mg/L苯酚溶液的降解率達(dá)到了99％。當(dāng)α-Co(OH)2-rGO濃度提高到0.1 g/L，10 min即可將等量的苯酚溶液完全降解。最后，利用HPLC技術(shù)，