功能化共价有机骨架复合材料表界面调控及催化氧化性能评价

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yidingtongguo
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基于过一硫酸盐(PMS)高级氧化技术降解持久性有毒有机污染物具有绿色、高效、受pH影响小等优点,然而传统的过渡金属离子活化PMS反应体系存在反应难以调控,二次污染等缺陷。本文以共价有机骨架材料(COF)为前驱体,采用不同元素掺杂,构建了非金属氮化碳-共价有机骨架催化剂(g-C3N4@COF)以及单原子Fe掺杂共价有机骨架催化剂(Fe@COF)增强PMS活化效率,探明PMS活化降解有机物反应机理,诠释催化剂结构组成-掺杂元素-催化性能之间的构效关系。具体研究内容如下:(1)通过组装共价有机骨架材料和氮化碳合成高石墨化程度、高氮含量的非金属催化剂g-C3N4@COF,并成功应用于活化PMS降解水中污染物。场发射扫描电镜(SEM)照片显示催化剂由大量形状不规则的COF晶体层层堆积在氮化碳(g-C3N4)表面形成三维结构。g-C3N4的前驱体(尿素、三聚氰胺和双氰胺)影响合成g-C3N4@COF复合材料多孔结构和催化性能。此外,系统的考察了氧化剂用量、初始有机物浓度、温度、pH值、无机阴离子对目标污染物金橙II的去除效率的影响,并对催化剂的重复性及稳定性进行探讨研究。自由基淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)表明,g-C3N4@COF/PMS反应体系降解有机污染物中生成的活性物种单线态氧(1O2)占据主导地位。结合表征结果推断出,石墨化程度和含氮量之间良好的平衡有利于活化PMS降解水中有毒有机污染物。(2)以COF为载体与不同质量的FeCl3均相混合,并采用高温热解法在不同煅烧温度下制备Fe@COF-X-T(X代表Fe源与COF的质量比,T代表煅烧温度)。实验结果表明,铁掺杂成功的合成单原子Fe-Nx活性位点以及改变碳框架的电子结构,显著提高激活PMS去除有机污染物的催化性能。结合自由基淬灭实验和原位电子顺磁共振(EPR)表征,表明Fe@COF/PMS体系中起主导作用的是1O2而非羟基自由基(HO·)和硫酸根自由基(SO4·-)。此外,考察了氧化剂用量、初始有机物浓度、温度、水质(如pH值、天然有机物)对目标污染物金橙II的去除效率的影响,并对催化剂的重复性及稳定性进行探讨研究。结合表征推断出催化剂含有丰富的单原子Fe-Nx活性位点能够活化PMS生成1O2,而吡咯氮能有效的吸附有机分子,从而加速类Fenton反应降解有机污染物。
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