凹凸棒石基非均相催化劑的制備及其在廢水處理中的應(yīng)用研究.pdf

1、難降解有機(jī)污染物由于其具有毒性大、被微生物降解速度慢、分解不徹底等特性已引起人們的廣泛關(guān)注，難降解有機(jī)污染物危害已成為全球性的重大環(huán)境問題。非均相Fenton催化作為一種高級氧化技術(shù)正在被廣泛研究用來催化降解有機(jī)污染物。開發(fā)一種易分離回收，無鐵流失量或鐵流失量小，可重復(fù)使用，催化性能穩(wěn)定，使用范圍寬，對水中難降解有機(jī)物有較好催化降解能力的非均相Fenton催化劑已成為Fenton催化研究的一個重要方向。本文通過在凹凸棒石（ATP）粘土上

2、負(fù)載三氧化二鐵（Fe2O3），得到 Fe2O3/ATP催化劑；以三種難降解有機(jī)物，十二烷基苯磺酸鈉（SDBS），亞甲基藍(lán)（MB）和剛果紅（CR），為目標(biāo)污染物，進(jìn)行了降解實(shí)驗(yàn)研究。研究了Fe2O3/ATP/H2O2非均相催化體系對水中三種較高濃度的難降解有機(jī)物的催化降解性能，詳細(xì)考察了影響各有機(jī)物的降解的因素，探討了各有機(jī)物降解的反應(yīng)機(jī)理。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分別采用傳統(tǒng)濕法和普通混合法制備了兩種非均相Fenton催化劑F

3、e2O3/ATP-1和Fe2O3/ATP-2，并對這兩種催化劑催化降解十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）的性能進(jìn)行了對比研究?？疾榱藗鹘y(tǒng)濕法制備Fe2O3/ATP-1催化劑時(shí)的前驅(qū)物Fe(NO3)3濃度和普通混合法制備Fe2O3/ATP-2時(shí)Fe2O3在混合時(shí)所占比例對催化降解SDBS性能的影響。⑵采用BET，SEM，F(xiàn)T-IR對Fe2O3/ATP-1和Fe2O3/ATP-2進(jìn)行了表征分析，F(xiàn)e2O3的負(fù)載和混合使得ATP孔隙率和比表面積減小

4、，但卻使其具有較強(qiáng)的催化活性；且制備得到的催化劑中出現(xiàn)了α-Fe2O3的特征峰，證明催化劑中有Fe2O3存在。⑶考查了以Fe2O3/ATP-1為催化劑，并在H2O2存在的情況下，H2O2濃度，催化劑用量，pH值和溫度對SDBS降解效果的影響。當(dāng)pH=4，[H2O2]0=0.392 mol/L，Mc=0.5 g/L，T=60℃時(shí)，SDBS的去除率可達(dá)99％以上。⑷考查了催化劑Fe2O3/ATP在非均相Fenton體系中MB及CR的脫色效果

5、隨時(shí)間的變化，H2O2濃度的變化、Fe2O3/ATP催化劑用量的變化、pH值的變化和溫度的變化對MB及CR脫色效果的影響。各種實(shí)驗(yàn)條件下MB和CR在降解過程中均表現(xiàn)出了不同的特性，可能是由于MB是一種非偶氮染料，而CR是一種偶氮染料的緣故。⑸研究了催化劑 Fe2O3/ATP的穩(wěn)定性和可重復(fù)利用性能。經(jīng)過十次催化脫色實(shí)驗(yàn)后，F(xiàn)e2O3/ATP/H2O2催化體系對SDBS、MB和 CR的脫色率仍保持較高的效率。對比了Fe2O3/ATP催化的

6、非均相Fenton反應(yīng)與均相Fenton反應(yīng)對SDBS、MB和CR的催化脫色效果，F(xiàn)e2O3/ATP催化的非均相Fenton反應(yīng)對MB和CR的催化脫色效果幾乎與均相Fenton反應(yīng)對兩者的催化脫色效果相同，但Fe2O3/ATP催化劑具有pH值范圍廣，無Fe離子浸出，催化劑可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。⑹研究了pH值對 Fe2O3/ATP/H2O2體系降解亞甲基藍(lán)的影響，以及在降解過程中溶液 pH值的變化過程。由于凹凸棒石粘土的特性、H2O2的特性以

7、及非均相 Fenton反應(yīng)的特性等因素，該體系的pH值在反應(yīng)過程中有較大的變化，pH值對Fe2O3/ATP/H2O2體系降解亞甲基藍(lán)的影響也比較大。⑺采用響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)方法（RSM）中的BBD方法優(yōu)化了MB的降解實(shí)驗(yàn)條件，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果用二次多項(xiàng)式進(jìn)行擬合。由方差分析結(jié)果表明，推導(dǎo)出的二次多項(xiàng)式模型是有意義的。另外該模型的相關(guān)系數(shù)R=0.9917，表明MB的脫色率實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測值具有較好的一致性。根據(jù)3D響應(yīng)曲面確定了既定條件下的MB脫色實(shí)驗(yàn)