【摘 要】
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近年来,水治理和水安全保障已成为当前最重要的环境问题之一。污水处理的常用方法主要有:物理法,生物法和化学法。化学方法中的催化高级氧化法是一种深度处理有机废水的常用方法。该方法中,催化剂的性能是一个核心问题。由于传统的非均相催化剂催化活性和选择性较差,因此还存在开发新型负载型催化剂的需求。本论文采用一种简单的、无载气的气相沉积(VD)法制备负载型Fe基催化剂(Fe/UiO-66、Fe/MIL-101
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近年来,水治理和水安全保障已成为当前最重要的环境问题之一。污水处理的常用方法主要有:物理法,生物法和化学法。化学方法中的催化高级氧化法是一种深度处理有机废水的常用方法。该方法中,催化剂的性能是一个核心问题。由于传统的非均相催化剂催化活性和选择性较差,因此还存在开发新型负载型催化剂的需求。本论文采用一种简单的、无载气的气相沉积(VD)法制备负载型Fe基催化剂(Fe/UiO-66、Fe/MIL-101(Cr)、Fe/MIL-100(Cr)和Fe/Al2O3),并将这些制备的催化剂应用于水中有机污染物的氧化降解。主要研究内容如下:(1)本论文以二茂铁为前驱体,UiO-66为载体,采用VD法制备UiO-66负载的Fe催化剂(Fe/UiO-66)。在目前的制备条件下,Fe负载量约为7.0~8.5wt%。UiO-66的晶体结构不受Fe负载的明显影响,而比表面积显著减小,暗示着大多数Fe组分存在于UiO-66的孔隙内。甲基橙(MO)的去除试验结果表明,UiO-66仅仅通过吸附去除水溶液中的MO。相反,Fe/UiO-66可以有效地催化H2O2氧化MO,而吸附作用几乎没有贡献。进一步的催化评价试验表明,在化学需氧量(COD)去除方面,Fe/UiO-66可以相当有效地催化苯衍生物如苯胺等在水中的氧化降解。此外,我们还将Fe/UiO-66催化剂的催化测试结果与具有相同Fe负载量的Fe/Al2O3的催化性能进行比较,并与文献中报道的相关结果作了对比。(2)为了进一步拓宽上述Fe/MOF催化剂的制备方法,在Fe/UiO-66的制备基础上,以MIL-101(Cr)为载体,进行了预处理温度、沉积温度和焙烧温度等的探索。在目前的的制备条件下,Fe负载量可达7.8~27.2wt%。Fe组分的停留没有引起MIL-101(Cr)与MIL-100(Cr)载体在晶体结构(通过XRD)和形态(通过SEM)中的显著变化,但导致比表面积和总孔体积的显著降低。MO去除试验的结果表明,Fe/MIL-100(Cr)与Fe/MIL-101(Cr)均可有效催化H2O2在水溶液中氧化去除MO,同时,二者本身对MO也有一定的吸附作用。进一步的催化试验表明,Fe/MIL-100(Cr)与Fe/MIL-101(Cr)对从水中催化氧化苯胺相当有效。同时,Fe/MIL-100(Cr)对苯胺的TOC去除效果较好,而Fe/MIL-101(Cr)对苯胺的TOC去除效果适中。(3)以二茂铁为前驱体,Al2O3为载体,采用VD法制备Fe/Al2O3催化剂。通过对模拟染料废水MO的催化降解试验,探究其降解评价的最佳条件。进一步的针对苯衍生物的催化实验表明,Fe/Al2O3催化剂从水中除去苯衍生物时,随着催化剂中铁含量的增加(浸渍法:4~8wt%),有机污染物的去除率逐渐增加。但是,Fe/Al2O3对不同的苯衍生物去除效果有一定的差异。与浸渍法制备的不同铁含量的(4~8wt%)Fe/Al2O3相比,VD法制备的铁含量在7.2~11.8wt%范围内的Fe/Al2O3催化剂对苯衍生物的COD去除率没有明显的提高,并且随着沉积温度(110°C~140°C)的提高,降解率也没有显著的变化规律。
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