EDTA 原位修飾 Fe3O4 MNPs表面及其活化H2O2氧化降解典型有機(jī)污染物的研究.pdf

1、Fe3O4 MNPs具有組成簡單、方便易得、容易使用等優(yōu)點(diǎn),隨著其類酶催化 H2O2性能的發(fā)現(xiàn),將其用于 H2O2活化治理有機(jī)污染物的研究也受到了科研學(xué)者們的極大關(guān)注。盡管傳統(tǒng)的Fe3O4 MNPs能活化 H2O2使部分有機(jī)物發(fā)生氧化降解,但其活化H2O2的能力非常有限,往往要在大量 H2O2存在體系中,通過較長時(shí)間的化學(xué)反應(yīng)才能使有機(jī)物發(fā)生一定程度的降解。為了增強(qiáng) Fe3O4 MNPs對 H2O2的活化能力,提高H2O2-Fe3O4

2、MNPs體系氧化降解治理有機(jī)污染物的能力,本文選用EDTA對 Fe3O4 MNPs表面進(jìn)行原位修飾,然后研究該修飾體系活化 H2O2和治理目標(biāo)有機(jī)污染物(五氯酚、磺胺及RhB)的相關(guān)情況。本文的研究工作主要包括以下三個(gè)方面:
　　(1)選取五氯酚、磺胺、RhB作為目標(biāo)有機(jī)污染物,評價(jià)了EDTA原位修飾 Fe3O4 MNPs的類酶催化 H2O2分解性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,EDTA的加入能極大的增強(qiáng) Fe3O4 MNPs對 H2O2的活化

3、,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)有機(jī)污染物的有效降解。如40℃、pH5.0時(shí),五氯酚、磺胺、RhB(均為0.02 mmol L-1)在 EDTA-H2O2-Fe3O4 MNPs體系中降解的表觀反應(yīng)速率常數(shù)(k)依次為0.027、0.029和0.021 min-1,是對應(yīng) H2O2-Fe3O4 MNPs體系中的84.4、48.3和17.5倍。
　　(2)探討了EDTA原位修飾 H2O2-Fe3O4 MNPs體系中有機(jī)污染物降解能被有效增強(qiáng)(EDTA原位修

4、飾增強(qiáng)效應(yīng))的原因。首先,研究了EDTA-H2O2-Fe3O4 MNPs體系中溶出鐵引發(fā)的均相類 Fenton反應(yīng)及異相催化劑 Fe3O4 MNPs表面的活性位點(diǎn)情況,結(jié)果表明: EDTA原位修飾 Fe3O4 MNPs體系中,目標(biāo)有機(jī)污染物降解和H2O2活化的增強(qiáng)效應(yīng)主要是通過已修飾 Fe3O4 MNPs的表面而非體系中的溶出鐵來實(shí)現(xiàn);其次,考察了RhB在 EDTA-H2O2-Fe3O4 MNPs體系中于不同 EDTA濃度、不同體系pH

5、及不同反應(yīng)溫度條件下的降解情況與各相對應(yīng)條件下 EDTA在 Fe3O4 MNPs表面吸附行為的相關(guān)性,認(rèn)為 EDTA在催化劑表面的吸附作用是 EDTA原位修飾增強(qiáng)效應(yīng)產(chǎn)生的前提;第三,本文還通過 ATR-FTIR光譜技術(shù)和DFT理論計(jì)算研究了EDTA與Fe3O4表面發(fā)生的相互作用,認(rèn)為兩者間主要通過 H-鍵或 H2O-鍵作用形成外核復(fù)合物,且該復(fù)合物比單純的Fe3O4 MNPs具有更強(qiáng)的H2O2活化能力,更有利于體系中OH和O2-/HO

6、2氧化物種的產(chǎn)生。接下來,文中采用ESR技術(shù)和自由基捕獲劑(甲醇、叔丁醇、對苯醌)實(shí)驗(yàn),對該理論分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證;最后,再運(yùn)用Raman光譜技術(shù)對 EDTA修飾與否的Fe3O4 MNPs催化劑經(jīng) H2O2處理后其表面的變化情況進(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,EDTA的加入還有利于 Fe3O4 MNPs活化 H2O2過程中催化劑表面的Fe3+/Fe2+循環(huán)。
　　(3)本文研究結(jié)果表明,EDTA-Fe3O4體系中H2O2活化和目標(biāo)有機(jī)污