新型锰基催化剂构建及其活化过硫酸盐去除难降解有机物研究

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化工业的发展使大量化合物被合成并排放于环境之中,其中一些ROCs(难降解有机污染物)难以被微生物所降解,对人类同环境造成了威胁。过硫酸盐活化技术作为一种能高效去除ROCs的方法近年来被广泛研究。锰是自然界中广泛存在的过渡金属元素,具有性质稳定、价态多、催化活性高、生态毒性低等特点。因此,将锰基催化剂应用于活化过硫酸盐技术拥有良好前景。然而一些问题仍存在于锰基催化剂中:一是锰氧化物存在吸附弱与难以回收的问题。吸附能力弱会延长活性物种的迁移距离,影响其降解效率。MnOx颗粒小,难沉降,在水溶液中难以有效回收再利用,使其在实际应用过程中受到限制。二是传统的MnOx催化性能较低,新兴的锰氮碳催化剂又存在稳定性差的问题。本研究主要内容及创新点如下:(1)制备了具有高吸附性与可回收性的α-MnO2-磁性生物炭复合材料(MBM)。MBM在180min内对4-氯酚的去除率达到100%,TOC去除率达到63.5%。MBM对4-氯酚的催化降解近似符合一级反应动力学模型,动力学常数k为0.0078/min,是相同锰含量的MnO2的1.45倍,这表明MBM的吸附作用缩短了1O2的迁移距离进而提高了MBM的效率;具有磁性与良好的稳定性的MBM可以轻易从水溶液中分离并且维持对4-氯酚65%的去除率。MBM的制备解决了MnOx吸附弱与不易回收的问题。(2)制备了MnNCN-Mn3O4复合催化剂(MnMix)。MnMix表现出比MnNCN或Mn3O4单一催化剂更高的催化活性,可在20min内将4-氯酚完全去除,催化反应符合一级反应动力学模型,动力学常数k为0.29915/min。MnMix溶出的锰离子低于理论最大值的0.04%,三次循环后反应速率基本不变,体现出MnMix良好的稳定性。MnMix的制备解决了锰基催化剂中传统锰氧化物催化性能低与新兴锰氮碳催化剂稳定性差的问题。
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