尖晶石MnxZn1-xFe2O4催化臭氧去除水中鄰苯二甲酸二丁酯的研究.pdf

1、本文以蛋清為發(fā)泡劑，采用溶膠-凝膠法制備了具有磁性的尖晶石多孔催化劑MnxZn1-xFe2O4，改變錳元素的摻雜量得到Mn與Zn摩爾比分別為1:4，1:1，4:1的錳鋅鐵氧體催化劑，制備了不同煅燒溫度（400℃，500℃，600℃）的錳鋅鐵氧體催化劑。對(duì)六種不同的催化劑性能及催化臭氧去除水中鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)效果及機(jī)理進(jìn)行了深入地研究。
　　采用SEM、XRD、FT-IR等現(xiàn)代化測(cè)試手段對(duì)催化劑的性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明六

2、種催化劑均為多孔狀的尖晶石結(jié)構(gòu)鐵氧體，具有較好的磁性；不同溫度與不同摻雜量合成的催化劑結(jié)構(gòu)大小不同，隨著溫度的升高孔結(jié)構(gòu)坍塌，但結(jié)晶度變好；隨著錳摻雜量的減小催化劑的孔徑變小，孔表面均有晶體顆粒。
　　研究了六種催化劑催化臭氧對(duì)水中DBP的去除效果。與單獨(dú)臭氧對(duì)比，研究了催化劑投量、DBP初始濃度、初始pH值、水中常見(jiàn)陰陽(yáng)離子等因素對(duì)催化臭氧去除水中DBP效果的影響；探討了催化劑表面羥基與催化劑降解DBP的初始反應(yīng)速率之間的關(guān)系，

3、研究了催化劑的穩(wěn)定性和催化劑金屬元素的理論組成與實(shí)際組成之間的差異。結(jié)果表明，DBP去除效果不隨錳元素?fù)诫s量的增加和煅燒溫度的升高而增加；500℃煅燒制備的Mn0.5Zn0.5Fe2O4催化去除 DBP的效果最高，相對(duì)于單獨(dú)臭氧催化效果提高了53.9％，對(duì)比未摻雜的ZnFe2O4提高了41.2%；最佳去除 DBP的pH為6.80，系Mn0.5Zn0.5Fe2O4在催化體系中的等電點(diǎn)(pHpzc)；最佳催化劑投量為0.01g/L；并且Na

4、+、K+、Ca2+、SO42-和Cl-等水體中常見(jiàn)陰陽(yáng)離子對(duì)催化效果并無(wú)影響，Cl-會(huì)小幅度的提高催化效果，均相實(shí)驗(yàn)對(duì)DBP去除效率沒(méi)有提高。通過(guò)滴定法測(cè)定不同催化劑表面羥基位點(diǎn)的數(shù)量；表面羥基與催化劑去除DBP的初始降解速率成線性關(guān)系。Mn0.5Zn0.5Fe2O4重復(fù)利用五次效果變化不大，離子溶出均在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之下，均相實(shí)驗(yàn)對(duì)DBP去除率沒(méi)有提高。催化劑的實(shí)際金屬元素含量接近理論的金屬元素相對(duì)含量。
　　磷酸鹽投量和叔丁醇（TB

5、A）實(shí)驗(yàn)表明在該催化體系中羥基自由基起主要的氧化有機(jī)物的作用；利用拉曼光譜證明了在催化體系中產(chǎn)生了大量的羥基自由基；催化體系的循環(huán)伏安曲線說(shuō)明不同催化劑在體系中的氧化還原能力大小依次為 Mn0.5Zn0.5Fe2O4>Mn0.2Zn0.8Fe2O4> Mn0.8Zn0.2Fe2O4> ZnFe2O4。XPS分析表明不同溫度煅燒的Mn0.5Zn0.5Fe2O4中Mn2+與Mn3+的轉(zhuǎn)化是反應(yīng)的關(guān)鍵步驟。結(jié)果表明催化臭氧體系中機(jī)理為：催化劑

6、在水中形成表面羥基，臭氧分子與表面羥基形成五元環(huán)的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)導(dǎo)致Mn2+轉(zhuǎn)化為Mn3+給出的一個(gè)電子，Zn2+將電子傳遞給臭氧分子使其分解，從而產(chǎn)生HO-·2、·OH等大量的活性中間基團(tuán)，其中的強(qiáng)氧化性基團(tuán)·OH可以打開(kāi)DBP的苯環(huán)結(jié)構(gòu)。Mn3+與催化劑中晶格氧的之間存在氧化還原過(guò)程，由此完成了整個(gè)催化過(guò)程中的電子傳遞以及催化劑的自我復(fù)原。
　　本研究制備的摻雜型尖晶石催化劑具有較好的磁性，反復(fù)利用性高，穩(wěn)定性好，可以作為一種催