新型非金属光催化剂间苯二酚甲醛树脂在环境污染治理中的应用基础研究

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工业的发展使每年排放的工业废水越来越多,废水成分复杂,污染物种类多,如果这些废水没有经过妥善的处理就排入到环境中,不仅会对生态环境造成巨大压力,也会对人体健康造成严重影响。在各种废水处理技术中,光催化法以其处理工艺简单、降解效率高、成本低、可避免造成二次污染等“绿色”特性引起了人们的广泛关注。非金属光催化剂是光催化领域研究的热点之一,间苯二酚甲醛(RF)树脂具有较窄的带隙、吸收波长宽、太阳能化学转换效率高的特点,本文采用扩展St?ber方法制备间苯二酚甲醛(RF)树脂,并用共沉淀法将Fe3O4纳米颗粒负载在RF上,制备出RF/Fe3O4,研究其在环境污染治理中的应用。首先将制备好的RF作为光催化剂对含Cr(Ⅵ)废水进行处理,发现在较低的催化剂用量(0.1 g/L)、弱酸性、光照条件下,可高效还原Cr(Ⅵ),反应80分钟后,Cr(Ⅵ)几乎全部被还原。此外,循环实验表明,RF具有良好的稳定性,循环4次后仍有很高的Cr(Ⅵ)还原效率。机理研究表明,RF具有适当的导带和价带位置,有利于Cr(Ⅵ)的光催化还原。利用RF在通入氧气条件下能够高效产双氧水的能力,结合Fenton氧化法对苯酚进行降解,在弱酸条件下,2小时对苯酚的降解率达到91.6%。由于体系中双氧水现制现用,持续产生,且Fe3+也会成为电子受体,生成Fe2+继续参与反应,因此RF-Fenton比光Fenton更加高效。RF产双氧水的循环实验表明其良好的稳定性,说明RF可以持续的产生双氧水发生Fenton反应降解有机物。为了减少Fenton反应中铁泥的产生并使催化剂能够更好的回收,采用共沉淀法将Fe3O4纳米颗粒负载在RF上,制备出RF/Fe3O4。XRD与XPS表征表明Fe3O4纳米颗粒稳定地负载在RF上,通过SEM观察到Fe3O4纳米颗粒附着在RF表面,而且没有破坏RF原有的结构。在可见光照与通入氧气的作用下,RF/Fe3O4可以在p H=3.0的环境中高效降解苯酚,3小时的降解率可达到84%。循环实验表明RF/Fe3O4具有良好的稳定性,降解反应后的材料可以通过磁性进行回收,节约了催化剂的分离成本。在对RF/Fe3O4产生双氧水的实验中发现,低Fe3O4负载量的RF/Fe3O4对双氧水产率并没有太大的影响,循环四次后仍具有较高的产双氧水性能,而且RF/Fe3O4在产双氧水后可以利用其磁性进行回收,分离催化剂后的双氧水可以用于其他用途,使其具有更广泛的应用前景。
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