论文部分内容阅读
近年来,染料废水对水体的污染日益加剧,严重危害到了水体环境与人类的健康,引起了社会的广泛关注。非均相Fenton法因具有氧化效率高、催化剂可回收利用等优点而广泛应用于降解有机污染物分子。然而,大多数非均相Fenton催化剂材料都存在着活性和稳定性不高的缺陷。尖晶石铁氧体材料Fe3O4和CuFe2O4价格低廉、环保无害且易于磁性分离回收,可用作非均相Fenton催化剂。本文将Fe304和CuFe2O4分别与SiO2空心球进行复合,合成出具有独特中空结构的复合材料,有效地提高了铁氧体的催化活性和稳定性。本文的主要研究内容总结如下:1、利用一步溶剂热法,合成了具有良好分散性和高饱和磁化强度的Fe3O4空心微球,并探讨了反应时间及尿素用量对所制备产物的影响。实验结果表明:当反应时间为16 h,尿素加入量为40mmol时获得的样品空心结构最明显,空腔尺寸和比表面积最大,饱和磁化强度达到115.4 emu/g。通过研究不同反应时间所制得产物的结构及形貌,分析了该中空结构的形成机理。以罗丹明B(RhB)为目标污染物,在反应体系中加入H2O2,考察Fe3O4空心微球作为异相Fenton催化剂氧化降解RhB溶液的活性。2、以介孔SiO2空心球为载体,通过溶剂热法制备了具有双壳层中空结构的Fe3O4/SiO2复合材料。在该体系中,部分SiO2空心球在碱性环境下溶解,Fe3+因静电吸引作用吸附在SiO2空心球的内外表面上,随着反应的进行被还原,最终生成Fe3O4纳米颗粒。由于二氧化硅的溶解形成了双壳层空心结构。该复合材料具有较为优异的photo-Fenton催化活性。在可见光的照射下,0.2 g/L催化剂在180 min内对中性条件下RhB溶液(20 mg/L)的降解率能够达到97.2%。另外,该催化剂具有较强的磁性,可以通过磁分离实现回收利用,具有很好的可重复使用性。这些结果表明所制得的Fe3O4/SiO2复合材料在photo-Fenton领域具有较大的应用前景。3、通过简单的一步溶剂热法,合成出了磁性Cu-CuFe2O4/SiO2双壳空心球材料,将其作为非均相类Fenton催化剂,用来氧化降解亚甲基蓝(MB)溶液。通过添加聚乙二醇,有效调控了复合材料的形貌(将其命名为Cu-CuFe2O4/SiO2(P))。在相同的实验条件下,Cu-CuFe204/Si02(P)的催化性能明显优于具有相同结构的Fe3O4/SiO2及CuFe2O4/SiO2复合材料。这是由于Fe3+/Fe2+和Cu2+/Cu+两种电对之间存在的协同作用,且CuO的引入有利于将Fe3+还原为Fe2+,从而促进Fe2+的再生以及·OH的产生。此外,我们还分析了催化剂用量、H2O2添加量、MB溶液浓度及初始pH值等实验参数对其催化性能的影响。结果表明:利用0.2 g/L催化剂降解50 mg/L的MB溶液,H202添加量为1 mL,溶液初始pH值为7.05时表现出最好的Fenton催化活性。Cu-CuFe2O4/SiO2(P)复合材料在重复使用的实验中也展示出了较强的稳定性和较好的可重复利用性。