磁性铁基金属氧化物催化臭氧化水中有机污染物的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 吕爱花 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2012-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 胡春 |
| 关键词 | 催化臭氧化 2 4-D 羟基自由基 Lewis酸位 多价态 Catalytic ozonation 2 4-D hydroxyl radical Lewis acid sites Multivalence |
| 其他题名 | Degradation of organic pollutants by catalytic ozonation with magnetic iron-based metal oxides in water |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 多相催化臭氧化具有对有机污染物氧化彻底、稳定性好、催化剂可再生重复使用等优点，近年来成为环境领域的研究热点。但是目前所用的催化剂多为粉体材料，不易分离；同时存在催化剂的长期稳定性问题。本论文采用不同方法制备了不同形态的磁性铁基复合金属氧化物催化剂，研究了催化剂结构形态与催化活性之间的关系，对催化反应机理进行了探讨。主要研究内容和结果如下： 1. Co, Mn共掺杂的γ-Fe2O3催化剂的研制 以Fe(NO3)3、Co(NO3)2和Mn(NO3)2为前体，Na2CO3为沉淀剂，采用共沉淀法制备了Co、Mn共掺杂的γ-Fe2O3复合金属氧化物催化剂 (FCM)，表征结果显示，催化剂中的Co和Mn分别以Co2+/3+和Mn2+/3+/4+的多价态形式存在，并且Mn的掺杂能够产生更多的Lewis酸位。FCM催化剂能够矿化农药2, 4-二氯苯氧乙酸 (2, 4-D)大于95%，且对不同有机物的降解均具有良好的催化活性。这与掺杂金属的多价态和较多的表面Lewis酸位有关。 2. Co掺杂的Fe3O4催化剂的研制 以Fe(NO3)3和Co(NO3)2为前体，NaOH为沉淀剂、乙酸铵为还原剂，通过共沉淀还原法合成了Co掺杂的Fe3O4催化剂 (Fe2.7Co0.3O4)，该催化剂对农药、医药品等大多数有机物都能高效矿化，特别是能够提高对难降解小分子酸草酸的矿化率。反应后的催化剂的表征说明，在催化臭氧化反应过程中，原催化剂结构中的Co2+变为Co2+和Co3+并存，Co的多价态并存不仅增加了催化剂的活性，而且增加了催化剂的结构稳定性。 3. 磁性负载型Fe3O4/Al2O3催化剂的研制 以Fe(NO3)3为前体，Al2O3为载体，利用浸渍法制备了Fe3O4负载量为50%的Fe3O4/Al2O3催化剂，该催化剂在反应过程中没有发生离子溶出，解决了铁离子溶出问题，其具有良好的催化活性稳定性和结构稳定性。且该催化剂具有良好的磁性，其磁饱和强度为30.3 emu g-1，易于分离回收。通过对Al2O3和SiO2两种不同载体负载Fe3O4催化剂的物化表征和活性对比发现比表面积并不是影响该反应催化活性的主要因素，而Lewis酸在催化臭氧化反应中起重要作用，Al2O3载体具有比SiO2更多的Lewis酸位，所以能够产生更好的催化活性。 4. 铁基复合金属氧化物催化臭氧化降解水中有机物的机制 通过羟基自由基指示剂对氯苯甲酸的降解实验以及叔丁醇捕获羟基自由基的实验证明了该催化剂催化臭氧化过程均遵循羟基自由基机制。通过FTIR、ATR-FTIR以及磷酸盐与催化剂界面的相互作用等阐明了催化剂表面的Lewis酸位是催化臭氧化反应的活性中心。Lewis酸位可以与水分子作用在催化剂表面形成化学吸附水分子和水合表面羟基，它们是臭氧和催化剂表面相互作用的活性位点。通过循环伏安和原位红外表征发现，在催化臭氧化过程中，臭氧首先吸附在催化剂界面上，与表面吸附的水分子和水合羟基基团发生相互作用，产生羟基自由基等活性物种，进而氧化降解有机污染物。催化剂中金属元素的多价态性有利于反应过程中的电子转移，促进臭氧分解产生更多的•OH，从而提高催化剂的催化活性。 |
| 公开日期 | 2014-05-07 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7191]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吕爱花. 磁性铁基金属氧化物催化臭氧化水中有机污染物的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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