论文部分内容阅读
无机金属离子-柱撑蒙脱土(Montmorillonite, Mt)是一种具有可调性孔结构的层状化合物。经过柱撑后,蒙脱土的比表面积、层间距、孔结构、表面活性和稳定性得到明显改善,在催化、吸附以及环境治理等领域表现出广阔的应用潜力。本文针对铁-铝柱撑蒙脱土(Fe,Al-Mt)催化降解有机废水时表现出稳定性弱、诱导期长的缺陷,着重研究了锌(Zn)加入Fe,Al-Mt后对其结构、催化活性和稳定性的影响。本实验采用离子交换法制备了铁-锌-铝柱撑蒙脱土(Fe,Zn,Al-Mt)。重点考察了不同制备条件(Fe/Zn摩尔比、活性金属负载量((Fe+Zn)/(Fe+Zn+Al)、焙烧温度(T))对Fe,Zn,Al-Mt物化性能的影响。采用N2-吸附/脱附,ICP, FTIR, DR UV-Vis光谱,SEM和XRD等表征技术分析了Fe,Zn,Al-Mt催化剂的微观结构；并通过催化湿式过氧化氢氧化降解模拟染料废水(酸性橙Ⅱ)反应评价了Fe,Zn,Al-Mt催化剂的催化性能。结合表征和反应结果可知,经过Fe-Zn-Al-柱化液柱撑后,蒙脱土的结构得到明显改善,且当Fe/Zn摩尔比为3/7,活性金属负载量为6%,焙烧温度为500℃时,制备的Fe,Zn,Al-Mt催化剂比表面积、层间距、孔体积较大,活性组分(ZnFe2O4纳米粒子)含量较多,催化活性较高(降解酸性橙Ⅱ3 h后,酸性橙II COD去除率达77.1%)。此外,Fe,Zn,Al-Mt催化剂稳定性测试的实验数据显示,经过五次重复性实验后,酸性橙Ⅱ的COD去除率仍可达到73.2%,活性金属(Fe)离子溶出量仅为0.0016 mg/L,说明本实验制备的Fe,Zn,Al-Mt催化剂表现出较高的稳定性。将优化条件下制备的Fe,Zn,Al-Mt催化剂应用于CWPO降解模拟染料废水(酸性橙Ⅱ)反应,研究CWPO降解酸性橙Ⅱ溶液动力学模型以及不同反应条件(反应温度、酸性橙Ⅱ初始pH值、氧化剂(H2O2)浓度、催化剂投加量)对酸性橙Ⅱ降解效果的影响。结果表明,反应温度和酸性橙Ⅱ初始pH值对CWPO降解酸性橙Ⅱ的影响比较明显,且当反应温度为60℃、酸性橙Ⅱ初始pH值为3.0、H2O2浓度为24 mmol/L、催化剂投加量为0.5g/L时,酸性橙Ⅱ的降解效果较好,反应3h后,酸性橙Ⅱ色度去除率几乎为100%,COD去除率可达77.1%。通过建立半经验动力学模型—Fermi方程,采用Marquardt-Levenberg算法将实验数据拟合可以得知酸性橙Ⅱ降解历程非常复杂,其反应级数为n=0.5,表观活化能Ea=54.76 KJ/mol。除此之外,本实验采用在线-拉曼技术(insitu Raman)探索了酸性橙Ⅱ降解机理,研究出酸性橙Ⅱ降解路径。最后,本文引入外场能量(微波)优化催化剂制备时间和用水量。主要考察不同微波时间(t)、微波功率(P)以及蒙脱土悬浮液浓度(C)对催化剂结构和催化性能的影响。结果表明,与传统法制备催化剂相比,采用微波辅助制备催化剂可以节省78%的时间。当微波时间为10 min,微波功率为100 W时,所制备的催化剂的催化性能比传统法制备的催化剂的催化性能稍好；并且,在此条件下,提高蒙脱土悬浮液的浓度,在不影响催化剂催化性能前提下很大程度上节省水资源。