光助非均相TiO2-Co3O4復(fù)合催化劑活化PMS降解染料廢水的研究.pdf

1、本研究課題為中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)科研專項(xiàng)自然科學(xué)類項(xiàng)目(CDJZR10210005)的部分研究?jī)?nèi)容,并受重慶大學(xué)高層次人才科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(CDJRC10210002)資助。
　　Co/PMS是依據(jù)Fenton法研究思路建立起來的一種“過渡金屬+過氧化物”體系,是目前研究最為廣泛的SO4高級(jí)氧化技術(shù)之一,能高效處理各種難降解有機(jī)污染物。均相Co/PMS體系中投加的鈷離子進(jìn)入水體對(duì)環(huán)境有害,而非均相Co/PMS體系能減少溶入水體中

2、的鈷,降低對(duì)環(huán)境的危害。然而,相比均相Co/PMS體系,非均相體系催化活性在一定程度上受到限制,因此提高催化活性是非均相Co/PMS的研究重點(diǎn)。Co3O4是非均相Co/PMS體系中最為常用的催化劑,具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　將兩種或多種金屬氧化物復(fù)合是一種常用的改善催化劑活性的方式,本論文采用溶液浸漬-高溫焙燒法合成了TiO2-Co3O4復(fù)合催化劑,以羅丹明B(RhB)為目標(biāo)污染物,在紫外光的照射下,對(duì)UV/TiO2-Co3O4/

3、PMS處理染料廢水進(jìn)行試驗(yàn)研究,主要研究?jī)?nèi)容包括:⑴分別采用水熱法和溶液浸漬-高溫焙燒法制備 Co3O4及TiO2-Co3O4復(fù)合催化劑,評(píng)價(jià)催化劑的活性,并采用XRD、IR、SEM、EDS、BET對(duì)復(fù)合催化劑進(jìn)行表征分析;⑵通過比較不同反應(yīng)體系對(duì)RhB的處理效果,研究了TiO2-Co3O4的催化活性,并開展UV/TiO2-Co3O4/PMS處理RhB染料廢水單因素試驗(yàn)研究;⑶開展UV/TiO2-Co3O4/PMS處理RhB染料廢水表觀

4、動(dòng)力學(xué)行為研究。
　　通過上述實(shí)驗(yàn)研究和理論分析,獲得了如下研究成果:
　?、僭?00℃焙燒2h所制備的Ti:Co原子比為1:3的TiO2-Co3O4復(fù)合催化劑活性最好(簡(jiǎn)稱 TC),且具有良好的沉降性能。從物相和晶型來看,制備的復(fù)合催化劑能保持良好的結(jié)晶度,具有可重復(fù)利用性,但在反應(yīng)過程中,Ti和Co有一定的流失;
　?、诓煌磻?yīng)體系氧化降解RhB的研究表明,UV/TC/PMS反應(yīng)體系的氧化性主要來源于TC活化PMS

5、產(chǎn)生的SO4-·,復(fù)合催化劑中TiO2豐富的表面羥基促進(jìn)了CoOH+產(chǎn)生,RhB在5min內(nèi)脫色率達(dá)80％以上。催化劑/PMS/RhB體系在紫外光的照射下,TC復(fù)合催化劑與同質(zhì)量的Co3O4催化劑相比,體系催化氧化能力提高11.1％,且催化活性得到顯著提升,T=5min脫色率達(dá)80.58％;比較等量TC復(fù)合催化劑和Co3O4與TiO2的混合催化劑體系,前者催化降解能力無明顯優(yōu)勢(shì),但催化活性提升顯著,脫色時(shí)間明顯縮短。然而,TC復(fù)合催化劑

6、的循環(huán)使用性能有限,重復(fù)利用一次羅丹明B脫色率降至76.61％,脫色時(shí)間為2h,這主要?dú)w因于TC中TiO2的脫落;
　?、郯凳襎C/PMS反應(yīng)體系中,引入紫外光照射后TiO2的光催化活性得到充分的利用,羅丹明B脫色率增加12.09％;反應(yīng)初始pH在2-9范圍內(nèi),羅丹明B的脫色率均能達(dá)到75％以上,但過堿性條件下,脫色率顯著下降;PMS初始濃度是影響 SO4-·產(chǎn)生的關(guān)鍵因素,適量增加 PMS濃度有利于提高 RhB的脫色率。TC催化

7、劑和RhB的最佳濃度分別為0.5g/L和50mg/L,過高的催化劑投加量和RhB初始濃度均不利于污染物的降解;
　　④在紫外光(λ=253.7nm)的照射下,pH=3.57,TiO2-Co3O4活化 PMS降解RhB的反應(yīng)總級(jí)數(shù)為3.013,表觀動(dòng)力學(xué)方程為V=4.5×10-5×P0.924×A1.565×B0.524,其中PMS濃度對(duì)反應(yīng)速率影響最大。
　　論文的創(chuàng)新與學(xué)術(shù)價(jià)值在于:
　　創(chuàng)新性地制備TiO2-Co3