金属改性铁酸锌和铁铜复合氧化物的类芬顿催化性能研究

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多相芬顿技术是一种有潜在应用前景的高级氧化水处理技术,而高效稳定的催化剂是该技术进一步发展应用的关键。多组分复合金属氧化物可以通过不同金属间的协同作用加速界面电子转移,促进过氧化氢分解生成活性自由基,提高对有机污染物的去除效果。因此,本文利用水热法合成了金属改性的铁酸锌和铁铜复合氧化物,研究了上述材料对酸性橙II的类芬顿催化性能,探讨了其可能的催化机理,为制备具有高活性的类芬顿催化剂提供了理论依据。研究内容如下:(1)铜改性铁酸锌的制备及其光催化和类芬顿催化性能以硝酸铁(Fe(NO33·9H2O)、硝酸锌(Zn(NO32·6H2O)和硝酸铜(Cu(NO32·3H2O)为原料通过水热法制备了一系列铜改性铁酸锌催化剂。并以酸性橙II为目标污染物,考察了该催化剂的光催化和类芬顿性能,发现铜的引入大大提高了铁酸锌的催化性能,其中锌铜比为7:3的催化剂具有最高的活性。此外,我们进一步研究了酸性橙II的主要活性物种和H2O2分解的主要活性位点。结果表明:在光催化反应中,铁酸锌(Zn Fe2O4)和氧化亚铜(Cu2O)形成异质结,促进了光生电子和空穴的分离,而空穴是降解酸性橙II的主要活性物种。在类芬顿反应中,酸性橙II主要被超氧自由基(·O2-)降解去除,这是由于催化剂表面Cu2+具有更强的氧化能力更易于和过氧化氢(H2O2)反应生成·O2-。(2)钴改性铁酸锌的制备及其类芬顿性能以硝酸铁(Fe(NO33·9H2O)、硝酸锌(Zn(NO32·6H2O)和硝酸钴(Co(NO32·6H2O)为原料通过水热法合成了钴改性铁酸锌催化剂。利用X射线衍射(XRD)、S-4800冷场发射扫描电子显微镜(SEM)和全自动比表面孔隙度分析仪(BET)对其形貌和结构进行表征,并以酸性橙II为模拟污染物,研究了不同条件下该催化剂的催化性能。结果表明,随着钴含量的增加其活性降低但磁性增强,在pH=6,催化剂投加量为0.5 g/L,H2O2用量为10 mmol/L时,该催化剂对酸性橙II的降解效果最佳。(3)铁铜复合氧化物的制备及其类芬顿催化性能以硝酸铁(Fe(NO33·9H2O)和硝酸铜(Cu(NO32·3H2O)为原料通过水热法合成了不同铁铜比的复合金属氧化物,研究了其类芬顿催化降解酸性橙II的性能。结果表明,所制备的催化剂的晶化程度随着铜含量的增加而增强,铁铜1:1的催化剂活性最好。通过对其机理的探究发现该催化剂对酸性橙II降解的主要活性物种为·O2-
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