氧化鐵-膨潤土的制備及其類Fenton催化降解金橙Ⅱ.pdf

1、染料廢水具有色度大、毒性高、排放量大，且污染組分復(fù)雜等特性，常規(guī)廢水處理方法難以對(duì)其進(jìn)行脫色降解。非均相Fenton反應(yīng)體系氧化范圍廣，反應(yīng)速度快，可有效地降解廢水中有機(jī)污染物，同時(shí)又能避免二次污染。本文以用離子交換方法制備的FeOOH/膨潤土為基礎(chǔ)材料，利用焙燒法制備得到α-Fe2O3/膨潤土催化劑，氫氛還原法制備得到Fe3O4/膨潤土催化劑，以金橙Ⅱ?yàn)樘结樂肿?，探討?Fe2O3/膨潤土催化劑和Fe3O4/膨潤土催化劑的Fenton

2、催化性能，確定其最佳制備工藝條件。利用XRD、SEM和EDS對(duì)最優(yōu)工藝條件下制備的α-Fe2O3/膨潤土催化劑和Fe3O4/膨潤土催化劑進(jìn)行表征，探討其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。另外采用行星球磨機(jī)對(duì)FeOOH/膨潤土催化劑、α-Fe2O3/膨潤土催化劑和Fe3O4/膨潤土催化劑進(jìn)行活化，確定機(jī)械活化對(duì)三種催化劑催化活性的影響。研究結(jié)果可為非金屬膨潤土礦產(chǎn)資源深加工制備復(fù)合材料提供重要參考，所取得的技術(shù)可為開發(fā)新型高效、穩(wěn)定的膨潤土基多相催化劑和處理實(shí)際

3、難降解印染廢水提供理論依據(jù)。本研究結(jié)論如下:
　　1、焙燒法制備α-Fe2O3/膨潤土催化劑關(guān)鍵控制因素的最佳工藝條件為:[OH]/[Fe3+]=1.5∶1，F(xiàn)e/土=5 mmol· g-1，焙燒溫度為500℃，焙燒時(shí)間為2h。在此條件下制備的α-Fe2O3/膨潤土催化劑具有良好的類Fenton催化性能，在α-Fe2O3/膨潤土催化劑投加量0.2 g·L-1、pH3.0、反應(yīng)溫度30℃、H2O2投加量19.6 mmol· L-1的

4、條件下反應(yīng)，5h對(duì)40 mg· L-1金橙Ⅱ的去除率達(dá)到95.5％。α-Fe2O3/膨潤土催化劑具有良好的穩(wěn)定性，重復(fù)使用3次，對(duì)金橙Ⅱ的去除率保持在88％以上，各次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，反應(yīng)溶液中總鐵離子質(zhì)量濃度均低于為0.4 mg·L-1。經(jīng)過焙燒制備類Fenton催化活性組分α-Fe2O3有效固載在了膨潤土上，所得α-Fe2O3/膨潤土催化劑結(jié)構(gòu)分散、孔隙明顯、物化形態(tài)優(yōu)良。
　　2、氫氛還原法制備Fe3O4/膨潤土催化劑關(guān)鍵控制

5、因素的最佳工藝條件為:[OH-]/[Fe3+]=1∶1，F(xiàn)e/土=10 mmol· g-1，還原溫度為200℃，還原時(shí)間為30 min。在此條件下制備的Fe3O4/膨潤土催化劑具有良好的類Fenton催化性能，在Fe3O4/膨潤土催化劑投加量0.2 g·L-1、pH3.0、反應(yīng)溫度30℃、H2O2投加量19.6 mmol·L-1條件下，反應(yīng)1h對(duì)40 mg·L-1金橙Ⅱ的去除率達(dá)到96.9％，且Fe3O4/膨潤土催化劑具有高效的磁分離性

6、能。經(jīng)過氫氛還原制備類Fenton催化活性組分Fe3O4有效固載在了膨潤土上，所得Fe3O4/膨潤土催化劑結(jié)構(gòu)分散、孔隙明顯、物化形態(tài)優(yōu)良。
　　氫氛還原法制備的Fe3O4/膨潤土催化劑類Fenton催化去除金橙Ⅱ的最佳工藝條件為:反應(yīng)溫度30℃、金橙Ⅱ初始濃度40 mg·L-1、Fe3O4/膨潤土投加量0.4 g·L-1、H2O2投加量10 mmol·L-1、初始pH3，在此條件下反應(yīng)1h時(shí)40 mg·L-1的金橙Ⅱ的去除率達(dá)到

7、98.1％。Fe3O4/膨潤土催化劑具有良好的穩(wěn)定性，重復(fù)使用3次，對(duì)金橙Ⅱ的去除率保持在95％以上，各次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，反應(yīng)溶液中總鐵離子質(zhì)量濃度均低于1.4 mg·L-1。
　　3、機(jī)械活化法可提高FeOOH/膨潤土催化劑的催化活性，其最佳的機(jī)械活化工藝條件為:使用推擠體積15mL的中球加上堆積體積15mL的小球組合作為球磨介質(zhì)，介質(zhì)填充率為30％，機(jī)械活化頻率為20 Hz，機(jī)械活化時(shí)間為40 min，機(jī)械活化球料比為30∶0

8、.5（mL·g-1）。在實(shí)驗(yàn)條件為催化劑投加量0.2 g·L-1、pH3.0、反應(yīng)溫度30℃、H2O2投加量19.6 mmol· L-1，反應(yīng)時(shí)間2h時(shí)，經(jīng)過最優(yōu)機(jī)械活化條件活化的FeOOH/膨潤土催化劑對(duì)金橙Ⅱ的去除率提高了66％，且機(jī)械活化后的催化劑具有良好的穩(wěn)定性，重復(fù)使用3次，對(duì)金橙Ⅱ的去除率均在84％以上，各次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，反應(yīng)溶液中總鐵離子質(zhì)量濃度均低于1.2 mg·L-1。
　　機(jī)械活化法可提高α-Fe2O3/膨潤

9、土催化劑的催化活性，其最佳的機(jī)械活化工藝條件為:使用推擠體積15mL的中球加上堆積體積15mL的小球組合作為球磨介質(zhì)，介質(zhì)填充率為30％，機(jī)械活化頻率為20 Hz，機(jī)械活化時(shí)間為60 min，機(jī)械活化球料比為30∶0.5(mL· g-1)。在實(shí)驗(yàn)條件為催化劑投加量0.2 g·L-1、pH3.0、反應(yīng)溫度30℃、H2O2投加量19.6 mmol· L-1，反應(yīng)時(shí)間為1h時(shí)，經(jīng)過最優(yōu)機(jī)械活化條件活化的α-Fe2O3/膨潤土催化劑1h對(duì)金橙Ⅱ

10、的去除率提高到了79.1％，且機(jī)械活化后的催化劑具有良好的穩(wěn)定性，重復(fù)使用3次，對(duì)金橙Ⅱ降解率均在88％以上，各次重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，反應(yīng)溶液中總鐵離子質(zhì)量濃度均低于0.7 mg·L-1。
　　對(duì)Fe3O4/膨潤土催化劑進(jìn)行機(jī)械活化時(shí)，F(xiàn)e3O4/膨潤土催化劑的對(duì)金橙Ⅱ的催化去除效果隨著機(jī)械活化作用時(shí)間的延長，呈逐步下降趨勢。經(jīng)比較，以FeOOH/膨潤土為基礎(chǔ)材料，通過焙燒法和機(jī)械活化兩種制備方法的結(jié)合，可得到更加高效穩(wěn)定的鐵氧化物/