Co_(3)S_(4)/PES催化膜反应器氧化降解水中罗丹明B

基于过硫酸氢钾(PMS)的非均相高级氧化工艺(AOPs)在实际应用中一直受到PMS活化效率与活性氧物种(ROS)利用率低下的限制。本文以ZIF-67为前驱体、聚醚砜(PES)多孔膜为基底,采用金属有机框架(MOFs)模板配体交换策略,流动合成构建了Co_(3)S_(4)/PES催化膜反应器(CMR)。通过场发射电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)等方法对催化膜进行了表征。结果显示,平均粒径为23 nm的Co_(3)S_(4)纳米颗粒被原位合成固载在PES膜孔中,负载量为15.9%,并沿膜厚度方向均匀分布。以活化PMS降解典型芳香族有机化合物罗丹明B(RhB)为例,研究了该催化膜的催化性能及反应机理。实验结果表明,浓度为20 mg/L的RhB溶液,在初始溶液pH为7、温度为25℃以及膜通量为0.80 mL/(min·cm^(-2))(对应于停留时间0.68 s)的条件下,Co_(3)S_(4)/PES催化膜具有90%以上的降解率,表观反应速率常数为97.83 min^(-1),转化频率达到了489.15 L/(min·g^(-1)),均高出Co_(3)S_(4)粉末传统悬浮间歇处理模式两个数量级,并且Co_(3)S_(4)/PES催化膜能够保持良好的稳定性。膜孔道的分散性有效防止了Co_(3)S_(4)纳米颗粒的聚集,过膜流动反应限域在微纳尺度的膜孔道内,强化了反应物与催化剂之间的质量传递与接触,加快了PMS的活化,从而实现了单线态氧(^(1)O_(2))的高效生成,并在RhB的快速降解中起主导作用。

硼酸盐改性凹凸棒土制备壳聚糖-羟乙基纤维素气凝胶吸附罗丹明B染料性能研究

采用四硼酸钠(STB)改性ATP,引入硼酸基团提高了材料对染料的选择性,后与壳聚糖(CS)和羟乙基纤维素(HEC)交联,制备STB-ATP@CS-HEC气凝胶,用于去除罗丹明B染料(RhB)。理化表征结果表明,该气凝胶具有良好的溶胀性,60 min达到溶胀平衡,溶胀率为1 172.5%。基于准二级模型、Temkin和Freundlich等温线模型,可以较好地描述气凝胶对RhB染料的吸附行为,主要是化学多分子层吸附。在303 K时,将20 mg材料投加到50 mL初始浓度为250 mg/L的RhB染料中,吸附量178.83 mg/g。材料有良好的吸附再生能力,在染料废水处理领域具有良好的应用前景。

锰渣活化过一硫酸盐降解罗丹明B

将锰渣用于活化过一硫酸盐(PMS)降解罗丹明B(RhB)。采用X射线衍射仪、振动样品磁强计、比表面积及孔隙度分析仪、傅里叶红外光谱仪分析了锰渣的理化性质,研究了锰渣投加量、PMS浓度、反应温度、溶液初始pH及RhB浓度等工艺条件对RhB降解效果的影响,考察了锰渣的循环使用性能,同时探讨了锰渣活化PMS降解RhB的机理。结果表明,所用锰渣富含Fe_(3)O_(4),饱和磁化强度为8.67 emu/g,比表面积为29.95 m^(2)/g,且锰渣中的孔以介孔为主。在反应温度为25℃,RhB初始质量浓度为20 mg/L,锰渣投加量为2.0 g/L,PMS浓度为0.50 mmol/L,pH=4.9条件下,反应120 min时体系对RhB的去除率为97.6%,且循环使用5次后,RhB去除率依然可达84.2%。在锰渣活化PMS降解RhB的过程中,^(1)O_(2)、O_(2)^(·-)和·OH均参与了反应,其中1O2起主导作用。

溶剂热法合成铁酸铋/硫化铋材料及其光催化活化过硫酸盐降解罗丹明B的性能

为了获得高效过硫酸盐(Persulfate, PDS)活化剂,采用溶剂热法在莫来石相铁酸铋(Bi_(2)Fe_(4)O_(9))纳米片表面进行硫化铋(Bi_(2)S_(3))纳米针的原位生长,制备了片-针状铁酸铋/硫化铋(Bi_(2)Fe_(4)O_(9)/Bi_(2)S_(3))材料,通过SEM、XRD、XPS、UV-Vis等方法对复合材料的微结构进行表征,对可见光下活化PDS催化降解罗丹明B(Rh B)的性能进行了研究。结果表明:溶剂的使用和硫代乙酰胺(TAA)的添加量对复合材料的制备具有显著影响,在乙二醇和乙醇混合溶剂下能成功制备复合材料;以0.6 mmol TAA所制备的Bi_(2)Fe_(4)O_(9)/Bi_(2)S_(3)-0.6(BFO-BS-0.6)复合材料禁带宽度最小,约为1.32 eV;在可见光(λ>420 nm)下,50 min内对Rh B降解效率达98%(Rh B 20 mg/L,PDS 1.5 mmol/L),降解速率是Bi_(2)Fe_(4)O_(9)的2.24倍;所制备的Bi_(2)Fe_(4)O_(9)/Bi_(2)S_(3)材料稳定性良好,在pH值为3~5的环境下能够保持98%的降解效率,3次循环实验后降解效率能够保持85%以上;PDS活化降解Rh B过程中的主要活性物质为^(1)O_(2)和·O^(2-)。该研究可为高效铋基PDS活化剂的设计制备提供新思路。

钢渣/氮掺杂改性活性炭催化过硫酸盐降解罗丹明B

以提高钢渣资源化利用和深度降解有机污染物为研究目标,通过改变氨气煅烧温度制备了系列钢渣/氮掺杂改性活性炭复合材料,并用于催化过硫酸钠处理罗丹明B(RhB)废水。同时采用N2吸附/脱附、XRD、XPS等手段对复合材料的孔结构和表面性质进行了表征。结果表明:氮元素的引入可改善复合材料中活性金属与活性炭之间的相互作用,从而提高复合材料的催化活性。以最优复合材料60%GZ/AC-N800为研究对象,在反应温度为35℃、PS加量为2 g/L和宽pH(3~11)操作条件下,反应30 min后罗丹明B(100 mg/L)的去除率可达88.7%~92.2%。动力学分析发现,60%GZ/AC-N800复合材料催化PS降解RhB符合准二级动力学。自由基掩蔽实验发现,该降解过程是自由基途径(SO_(4)^(·-)和·OH)和非自由基途径(^(1)O_(2))共同参与反应的氧化过程。

多羧酸镍配合物催化降解罗丹明B的活性与机理

由于纺织、印刷等工业规模的迅速扩张,生产过程中产生的染料废水对人类生存环境造成巨大压力。目前,在染料废水修复处理领域,基于SO_(4)^(·-)的高级氧化技术由于其氧化优势备受关注。通常,过一硫酸盐(PMS)可自分解产生SO_(4)^(·-),然而其生成效率很低,因此,探寻有效的PMS催化剂成为研究热点。本研究以5,5′-二苯醚间苯二甲酸(H 4odip)和Ni(NO_(3))_(2)·6H_(2)O为原料,采用溶剂热法制得一种三维结构配合物Ni 4(odip)2-(μ2-OH_(2))2(H_(2)O)8,该材料水稳定性较好且能够在弱酸弱碱环境下稳定存在。采用X射线单晶和粉末衍射、红外光谱、热重及元素分析对配合物的结构和组成进行了表征。利用紫外-可见分光光度计研究其催化降解罗丹明B的活性与机理,系统探讨了配合物和PMS用量、溶液反应温度和pH对罗丹明B降解性能的影响。与不加催化剂相比,配合物的加入可使罗丹明B的降解速率提高两倍。研究表明,在中性环境中,PMS/配合物催化体系具有更强的降解能力,降解率可达92.3%。活性氧物种(ROS)捕获实验和电子顺磁共振波谱结果表明该催化体系降解罗丹明B的ROS有SO_(4)^(·-)、·OH、1O_(2)和O_(2)^(·-),且此四种ROS在降解罗丹明B时的贡献作用相近。综合分析实验结果,该配合物在催化PMS用于染料废水修复处理领域可作为一种有效且能循环使用的新型多相催化剂。

Fe@Cu-Ni材料降解罗丹明B的机理与途径

文章采用直接还原法制备了Fe@Cu-Ni微电解材料,并探究了其对罗丹明B(Rh B)的降解效果。采用SEM、XRD和XPS对Fe@Cu-Ni进行了表征,分析了Fe@Cu-Ni对Rh B的降解机理和降解路径。Fe@Cu-Ni的枝晶结构为电子传递和富集提供了发散路径,有利于电荷转移。电子转移通道末端的Cu_(2)O和Fe与Ni掺杂对氧还原反应生成H_(2)O_(2)起着重要作用。由原位产生的H_(2)O_(2)催化生成的·OH是降解Rh B的关键活性物质。通过LC-MS/MS对Rh B的降解中间体进行了鉴定,结果表明,Rh B的降解主要来自于·H和·OH的协同作用。当pH=2、Fe@Cu-Ni催化剂用量为0.5 g/L、Rh B初始浓度为20 mg/L时,Rh B的降解效率可达98.7%。该研究强调了Fe@Cu-Ni复合材料在消除染料残留方面的潜力。

Ag_(3)PO_(4)修饰AgBr纳米线/Ti_(3)C_(2)双异质结光催化剂降解罗丹明B

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板和溴源,通过添加Ti_(3)C_(2)MXene,使用共沉淀法制备了Ag_(3)PO_(4)修饰AgBr纳米线/Ti_(3)C_(2)双异质结光催化剂(Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)),采用SEM、TEM、XRD、XPS、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱对Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)进行了表征。以罗明丹B(RhB)为目标降解物,考察了质量分数1%的Ti_(3)C_(2)水分散液添加量对Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化降解RhB的影响。结果表明,层状Ti_(3)C_(2)分布在AgBr纳米线周围,Ag_(3)PO_(4)纳米粒子修饰在两者之上,3种化合物之间形成Z型和肖特基双异质结;质量分数1%的Ti_(3)C_(2)分散液添加量为0.5 g制备的Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)-5具有最佳的光催化降解RhB性能,30 mg该光催化剂对30 mL质量浓度为10 mg/L RhB溶液的降解率为94.4%;超氧自由基和羟基自由基是Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化降解RhB过程中起主要作用的活性物种;AgBr、Ag_(3)PO_(4)、Ti_(3)C_(2)三者之间形成的Z型和肖特基双异质结增强了光生电子-空穴对(e--h+)的分离效率,提升了Ag_(3)PO_(4)-AgBr NW/Ti_(3)C_(2)光催化性能。

活性炭/TiO_(2)/C_(3)N_(5)复合材料的制备及对罗丹明B的光催化降解

采用水热法制备了活性炭/二氧化钛/富氮氮化碳(AC/TiO_(2)/C_(3)N_(5))复合材料,通过XRD、TEM、XPS、UV-visDRS和PL等手段对复合材料的物相晶型、形貌晶格结构、元素组成、光谱响应和光电子-空穴复合率等进行表征,研究了复合材料对罗丹明B(RhB)光催化降解性能,通过活性基团捕获、能带结构和电位计算提出了复合材料电荷转移机制和光催化机理。结果表明:可见光照射90 min,AC/TiO_(2)/C_(3)N_(5)复合材料对RhB的降解率为95.27%,高于AC/TiO_(2)和C_(3)N_(5),表现出良好的光催化性能,循环使用5次后RhB降解率仍高于94%。高效稳定的光催化得益于异质结的构建,有效促进了光电子-空穴的分离,拓宽了光谱吸收范围,Z型电荷转移机制保留了高活性的光电子和空穴,O_(2)和H_(2)O分别被还原和氧化为超氧自由基和羟基自由基,参与光催化降解RhB反应。

复合催化剂Ag-Ti/碳纤维的制备及光催化降解罗丹明B

本文采用乙酸钛、AgNO3和碳纤维为原料,通过溶胶-凝胶法制备了新型Ag/TiO_(2)负载碳纤维光催化材料。通过XRD、SEM观察了微观形貌和结构。研究发现,所制备的复合光催化材料结晶性能良好,由于Ag的加入,复合光催化材料晶粒细化,催化活性更高。探讨了光催化剂对罗丹明B溶液降解效果的影响,发现当催化剂的用量为0.30g·L^(-1)、罗丹明B溶液的浓度为6mg·L^(-1)时,在Ag掺杂比为Ag/TiO_(2)=2∶1的复合光催化剂情况下,其降解活性最高,可达到88%以上,为解决染料废水的治理提供技术支持。

真空紫外协同Co^(2+)催化过硫酸氢钾降解罗丹明B

有机染料具有毒性强、色度高、不易降解等特性,为了高效去除有机染料,实验以真空紫外(VUV)为光源,研究了VUV协同Co^(2+)催化过硫酸氢钾(PMS)降解典型有机染料罗丹明B(RhB)的反应机制和转化途径.结果表明:①在RhB初始浓度为80 mg/L,Co^(2+)和PMS投加量分别为15μmol/L、0.5 mmol/L的条件下,VUV/Co^(2+)/PMS体系反应10 min,RhB去除率可达99.1%.VUV/Co^(2+)/PMS体系对RhB降解遵循一级动力学规律,反应速率常数(k)随初始质量浓度的增加而减小.②溶液初始pH对反应速率有较大的影响,随着pH减小,反应速率也同时减小.投加量为30 mmol/L的HCO_(3)^(−)、Cl^(−)均表现出显著的抑制作用,相较于对照组,RhB去除率由99.1%分别降至66.0%、84.2%,而NO_(3)^(−)和SO_(4)^(2−)抑制作用不显著;印染助剂柠檬酸钠也会显著抑制RhB降解.③自由基捕获实验和电子顺磁共振(EPR)测试结果表明,VUV/Co^(2+)/PMS体系中存在的氧化物种包括硫酸根自由基(SO_(4)^(−)·)、羟基自由基(·OH)、单线态氧(1O2).④根据紫外可见吸收光谱和质谱结果,初步推断RhB分子降解主要通过活性氧(ROS)攻击造成共轭结构破坏和N-位脱乙基等作用.另外,对总有机碳(TOC)进行测试,30 min时RhB矿化度可达到43.8%.研究显示,VUV/Co^(2+)/PMS体系能够有效去除RhB.

TpBD-3COOH COF的制备及对废水中罗丹明B吸附性能研究

研究了以三醛基间苯三酚(Tp)、4,4-二氨基联苯-2,2-二羧酸(DBd)和联苯二胺(BD)为原料,通过溶剂热法制备新型羧基官能化的二维共价有机框架材料TpBD-3COOH COF,并用于吸附罗丹明B染料废水,采用XRD、FT-IR、SEM对其形貌进行了表征。结果表明:在pH=4、TpBD-3COOH COF用量8 mg、废水中罗丹明B质量浓度10 mg/L条件下吸附60 min,罗丹明B去除率可达95%;5次重复试验后,TpBD-3COOH COF对罗丹明B的去除率仍可达70%以上,且吸附过程与准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型相吻合。

Bio-MOF-11(Co)活化过一硫酸盐去除废水中的罗丹明B和Cu^(2+)

采用Bio-MOF-11(Co)活化过一硫酸盐(PMS)同步去除废水中的罗丹明B(RhB)和Cu^(2+).考察了Bio-MOF-11(Co)投加量、PMS浓度、初始pH值、反应温度、RhB初始浓度和Cu^(2+)浓度对RhB降解和Cu^(2+)去除的影响,并采用响应面分析法优化了降解RhB的反应条件.结果表明,RhB的降解符合伪一级反应动力学.Cu^(2+)最大吸附量为22.98mg/g.在RhB初始浓度为20mg/L、Cu^(2+)浓度为2.5mg/L、Bio-MOF-11(Co)浓度为80mg/L、PMS浓度为1.0mmol/L、初始pH值为7的条件下,反应15min后,RhB降解率达到98.72%,Cu^(2+)去除率为73.53%,.自由基淬灭实验证实,RhB的降解通过非自由基(~1O_(2))和自由基(SO_(4)^(-)·、·O_(2)^(-)和·OH)氧化的途径共同完成,Cu^(2+)主要通过Bio-MOF-11(Co)的吸附作用被去除.紫外可见吸收光谱分析结果推测了RhB可能的降解路径.Bio-MOF-11(Co)活化PMS高级氧化工艺可实现同步去除有机污染物和重金属.

微波辐射制备Bi_(2)O_(3)/NiF光阳极及模拟日光下光电催化氧化降解罗丹明B

针对粉体Bi_(2)O_(3)光催化剂光利用效率低及难回收再利用等技术问题,采用浸渍—微波辐射技术在泡沫镍(NiF)上负载Bi_(2)O_(3)来制备Bi_(2)O_(3)/NiF光阳极,并借助SEM,XRD,XPS等手段及电化学工作站分析方法研究了光阳极的形貌结构及光电催化氧化性能.结果显示,花簇状的Bi_(2)O_(3)成功地负载在NiF的三维骨架上,Bi_(2)O_(3)/NiF具有优异的光电转化效率.在最佳制备条件,当光电流密度为15µA/cm^(2),外加电压为2V、RhB初始浓度为8mg/L、pH值为3的条件下,Bi_(2)O_(3)/NiF光电催化氧化降解罗丹明B(RhB)的效率可达95.35%,Bi_(2)O_(3)/NiF光电催化氧化降解RhB符合一级反应动力学方程,自由基淬灭实验证实h+在Bi_(2)O_(3)/NiF光电催化氧化降解RhB过程中起着主要作用.

BiOCl/g-C_(3)N_(4)-Br光催化降解罗丹明B

采用原位生长法制备了二元异质结光催化剂BiOCl/g-C_(3)N_(4)-Br,运用多种技术手段对其进行了表征,考察了BiOCl/g-C_(3)N_(4)-Br在模拟可见光照射下对罗丹明(RhB)的光催化降解性能。表征结果显示,BiOCl附着在g-C_(3)N_(4)-Br表面,二者之间形成了Z-scheme异质结。实验结果表明:BiOCl/g-C_(3)N_(4)-Br催化剂比g-C_(3)N_(4)-Br和BiOCl具有更高的光催化活性,在RhB质量浓度20 mg/L、BiOCl/2%-g-C_(3)N_(4)-Br(g-C_(3)N_(4)-Br质量分数为2%)加入量0.5 g/L的条件下,经日光灯(14 W)照射90 min后,RhB去除率可达98%;经过4次循环实验后,RhB去除率从98%逐渐降低至90%,表现出良好的稳定性和可重复利用性。BiOCl/2%-g-C_(3)N_(4)-Br光催化降解RhB过程中发生的氧化还原反应分别在BiOCl和g-C_(3)N_(4)-Br的表面进行,BiOCl与g-C_(3)N_(4)-Br之间高度紧密的接触面形成了Z-scheme异质结,实现了电子和空穴的快速分离,降低了二者在催化剂内部的复合速率,提高了催化性能。

还原氧化石墨烯膜负载Co_(3)O_(4)活化过硫酸氢钾降解罗丹明B

以RGO(还原氧化石墨烯膜)为载体,采用水热法制备RGO/Co_(3)O_(4)高效复合催化剂。通过XRD(X射线衍射仪)、SEM(扫描电子显微镜)和XPS(X射线光电子能谱仪)等手段对复合催化剂的结构、形貌和化学组成等进行表征,并以RhB(罗丹明B)为降解物评价复合催化剂活化PMS(过硫酸氢钾)的反应活性。另外,考察了PMS质量浓度、RhB初始质量浓度、pH值及温度对催化剂活化PMS降解RhB的影响。结果表明:在PMS质量浓度为100 mg/L、RhB初始质量浓度为10 mg/L、pH值为7、温度为25℃时反应18 min对RhB降解率为98%。自由基捕获实验结合ESR(电子顺磁共振)结果表明体系中同时存在SO_(4)^(-·)和HO·2种活性自由基。循环实验结果显示催化剂经过5次循环使用后对RhB的降解率仍保持90%以上,显示优异的循环稳定性。

蔗渣纤维素-海藻酸钙-膨润土多孔微球的制备及其对罗丹明B吸附性能的研究

以蔗渣纤维素、海藻酸钠为三维网络框架,膨润土为吸附功能单元,采用金属离子交联法联合物理包载法制备蔗渣纤维素-海藻酸钙-膨润土多孔微球,研究其对罗丹明B吸附性能,探究其吸附机理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重(TG)等表征手段分别对多孔微球形貌、晶相和热稳定性进行表征。结果表明:在固液比2g/L,染料溶液pH=3,体积为25mL,初始浓度为400mg/L,吸附温度为318K,吸附360min后,吸附量高达87.14mg/g。多孔微球吸附罗丹明B过程符合准二级动力学模型,罗丹明B在多孔微球吸附遵循Langmuir等温线吸附模型。吸附罗丹明B前后,多孔微球为类球形,具有一定孔隙结构;多孔微球中膨润土晶型结构无明显改变,且具有一定热稳定性。

光催化剂钨酸铋的形貌对罗丹明B吸附行为的热力学研究

半导体光催化剂的催化活性与其表面吸附密切相关,故吸附过程的热力学行为亟需研究。本研究采用等温滴定量热法(ITC)研究了具有代表性的水污染物罗丹明B(RhB)在三种不同形貌的钨酸铋(Bi_(2)WO_(6))纳米结构(花状、扁球状和片状)表面的吸附过程。利用量热数据计算了吸附过程中重要的热力学参数,包括摩尔吸附焓、吸附平衡常数和单层吸附饱和度等。结果表明,不同形貌的纳米材料表面的吸附过程存在显著差异。从静电力、取向力、水合作用、吸附部位和被吸附分子(或离子)的脱水作用等几个重要的弱相互作用出发,讨论了液固吸附体系的热力学行为。

介孔污泥生物炭去除罗丹明B的性能研究

以市政污泥为原料,ZnCl_(2)为活化剂,通过浸渍-热解法制备改性污泥生物炭(ASBC),通过构建ASBC/过一硫酸氢钾(PMS)体系并用于降解罗丹明B(RhB),探究ASBC投加量、PMS浓度、反应pH和共存无机阴离子等反应条件对ASBC/PMS体系降解RhB的影响。BET结果表明,经过活化后的生物炭的比表面积从8.19 m^(2)/g提高至175.04 m^(2)/g,孔容从0.017 cm^(3)/g提高至0.189 cm^(3)/g,活化后的污泥生物炭具备更多的反应活性位点;当ASBC投加量为0.2 g/L、PMS浓度为0.8 mmol/L,反应5 min后对RhB的去除率高达99.7%,反应可在较宽的pH范围(3~11)内发挥作用;H_(2)PO_(4)^(-)和NO_(3)^(-)对ASBC/PMS体系降解效果无显著影响,HCO_(3)^(-)具有抑制作用,Cl^(-)具有促进作用;ASBC/PMS体系降解RhB是非自由基路径,主要活性物质是^(1)O_(2)。

Fe/HZSM-5催化剂类芬顿体系去除罗丹明B

本文以HZSM-5为载体、Fe(NO_(3))_(3)·9H_(2)O为铁源,采用过量浸渍法制备了不同负载量的Fe/HZSM-5催化剂,并将其与H_(2)O_(2)组成类芬顿体系用于降解罗丹明B。对所制备的材料进行了XRD、FT-IR、N_(2)吸附-脱附、NH_(3)-TPD等表征分析。结果表明:Fe以Fe_(2)O_(3)的形式存在于HZSM-5中,负载铁后对HZSM-5的结构未产生明显的影响,但使其酸量略有降低。以5%-Fe/HZSM-5为催化剂的类芬顿体系处理50mL浓度为10mg·L^(-1)的罗丹明B溶液,在反应温度55℃、过氧化氢用量0.12mL、催化剂投加量0.03g的条件下,在较宽的pH范围(1~5)反应30min后,罗丹明B去除率均可达93%以上。