钴酸锶粉体的制备及其催化降解染料废水的研究

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催化氧化技术处理染料废水是一个具有价值的课题,该方法具有高效、节能、无二次污染等优点,引起了广大学者的关注。 钴系复合氧化物具有元素变价、离子位缺陷、结构多样性及电子结构特殊性等特点,使它们成为研究开发新材料的首选对象之一。具有钙钛矿结构的钴酸锶(SrCoOx),既是较好的气敏材料、磁性材料,也是较好的氧离子-电子混合体,在氧化物燃料电池电极材料、氧分离膜和化学膜反应器等方面均有重要作用。但目前对钴酸锶在环境保护中的应用研究甚少。 本文分别采用化学共沉淀法和柠檬酸聚络合法合成了钴酸锶粉体,并利用XRD、TG-DTA、SEM、TEM等测试方法对样品进行表征;同时以酸性红G、直接枣红和直接大红(直接染料)及亚甲基蓝为对象模拟染料废水进行催化降解实验。 采用柠檬酸聚络合法可在较低温度下(800℃)经较短时间(10h)合成了纯度较高具有氧空缺的SrCoOx复合金属氧化物,通过XRD和SEM分析,确定其具有六方晶系结构,所属空间群为P63/mmc,颗粒形态相似、大小均一,堆积粒径约为250nm的超细粉体。XPS分析表明,样品中没有杂质元素,其中钴主要是以Co3+形式存在,样品表面的吸附氧(α-氧)含量(68.45%)远大于晶格氧(β-氧)的含量(31.55%)。 利用自制的催化反应器,研究了SrCoOx对模拟染料废水(酸型红G)的处理。在磁搅拌子搅拌和紫外光照共同作用下,SrCoOx在紫光灯的照射下60min以内能将酸性红G溶液(30mg/L)完全脱色,将其中的偶氮结构、苯环和稠环结构彻底破坏分解。 同时实验还表明,催化剂合成温度及时间、投加量、反应物的初始浓度、pH等因素对催化降解效率都有明显的影响。采用柠檬酸聚络合法在800℃下煅烧8小时获得的样品降解能力较强。对于不同浓度酸性红G溶液,SrCoOx都有明显的处理效果。对于浓度低于40mg/L的溶液具有很好的处理效果,去除率超过90%。对高浓度染料溶液(175mg/L),去除率仍可达到58%。催化剂的最佳投加量应在0.75mg/L左右。 最后,通过红外光谱和紫外可见光谱分析,探讨了酸性红G的降解机理。酸性红G溶液的脱色不是因催化剂的吸附作用,而是SrCoOx粉体在紫光灯照射下的催化降解作用。其中可能包括光催化氧化及机械力催化氧化等多方面的协同作用。
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