木质素基过渡金属催化剂的制备及在罗丹明B催化降解中的应用
为解决传统均相芬顿氧化技术存在的问题，研究人员开发出非均相芬顿氧化技术，不仅保留了其降解有机污染物的高效性，而且降低了芬顿污泥产生量，有效实现催化剂的循环利用。本论文利用造纸工艺废弃物—黑液酸析物和芬顿污泥为原料，热解制备了木质素基活性炭负载铁金属和铜铁双金属的非均相芬顿催化剂，既对造纸固废进行了高值化利用，又能够对有机污染物进行高效处理。 首先，以黑液酸析物和芬顿污泥为原料，KOH为活化剂制备了Fe@ACFLK1.5催化剂，此催化剂具有优异的介孔结构和丰富的活性官能团，总孔体积为0.120cm3g-1，介孔体积为0.101cm3g-1。相较于Fe@ACFK1.5催化剂，黑液酸析物的添加提高了催化剂的孔体积。Fe@ACFLK1.5负载的主要金属成分为ZVI，黑液酸析物和活化剂的添加为热解过程提供了足量的还原性气体，促进了芬顿污泥中铁成分向ZVI转化。 其次，研究了Fe@ACFLK1.5对RhB染料的催化降解能力。在初始pH=3，过氧化氢投加量为2mmolL-1，催化剂投加量为0.2gL-1的条件下，RhB染料能够在20min内降解完成。经过5次循环反应表明Fe@ACFLK1.5催化剂具有良好的回用性和稳定性。实验证实了?OH（?OHfree和?OHsurface）和1O2是Fe@ACFLK1.5/H2O2体系中降解RhB染料的主要活性氧。XPS光谱进一步解释了ZVI和活性炭（AC）载体中持久性自由基的活性官能团（如sp2C=C和C=O）都加速了Fe(III)的还原，从而提高了降解性能。 再次，通过负载过渡金属元素铜制备出了铁铜双金属非均相芬顿催化剂Fe/Cu@AC900。Fe/Cu@AC900催化剂的比表面积为201.1m2g-1，总孔体积为0.254cm3g-1，介孔体积为0.211cm3g-1。FTIR分析表明铜金属的添加使催化剂的O-C=O键相对强度明显增加。Fe/Cu@AC900负载的主要金属成分为ZVI、Fe3O4和CuO，以及少量Cu2O和Cu单质。 最后，研究了Fe/Cu@AC900对RhB染料的催化降解能力。在初始pH=3.5，过氧化氢投加量为2mmolL-1，催化剂投加量为0.2gL-1的条件下，RhB染料在20min内降解完成。相较于Fe@ACFLK1.5催化剂，负载了双金属的Fe/Cu@AC900催化剂提高了反应最佳初始pH，大大降低了铁金属在反应中的浸出。由于催化剂的高比表面积和介孔结构，吸附反应在降解RhB过程中发挥重要作用，证实了1O2和?OHfree是体系中催化RhB染料氧化降解的主要活性氧。XPS表明了Cu(II)/Cu(I)和Fe(III)/Fe(II)的氧化还原循环，Cu和Fe在催化剂表面的协同作用使Fe/Cu@AC900/H2O2体系对RhB的降解具有良好的催化活性。另外，AC载体中持久性自由基的活性官能团也参与了氧化还原循环。
过渡金属催化剂;黑液酸析物;芬顿污泥;罗丹明B;催化降解
天津科技大学
硕士
轻工技术与工程
张文晖;张红杰
2022
中文
TQ426;X703.5
2023-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）