CuFe2O4涂层电极材料制备及废水净化性能研究

本研究以泡沫镍集流体为阴极基体,采用电沉积法制备尖晶石涂层电极材料的前驱体,在700℃高温空气气氛下形成Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料(NF@CuFe2O4)。本研究考察了电沉积的镀液组成和工艺条件对电极材料性能的影响,确定Cu(NO3)2·3H2O:Fe(NO3)3·9H2O摩尔比1:2,电流密度20 mA/cm2,时间40 min为最佳工艺条件。研究以抗生素为模拟废水进行电化学降解实验,探究了Ni基CuFe2O4尖晶石涂层电极材料协同电化学高级氧化技术对抗生素处理效果的影响及作用机理,为电化学活化过硫酸盐净化废水体系的改进提供实践和理论基础。

磁性吸附材料CuFe_2O_4吸附砷的性能

根据Cu(Ⅱ )和Fe(Ⅲ )都对砷有较强的亲和性 ,制备了同时含有Cu(Ⅱ )和Fe(Ⅲ )的、可用磁分离方法进行分离回收的磁性吸附材料CuFe2 O4 ,并对其进行了表征及吸附砷的性能研究 .结果表明 ,该吸附剂对砷的吸附能力与溶液 pH有关 ,在弱酸性及中性条件下 ,吸附砷的能力最强 ,而对As(V)的吸附能力比对As(Ⅲ )更强些 ,在平衡浓度为 1 0 μg/L时 ,其吸附容量可达 1 0mg/ g左右 ,可以很容易地将水中浓度为 1～ 2 0mg/L的As(V)降到1 0 μg/L以下 .实验考察了几种无机阴离子对吸附砷的影响 ,表明较高浓度 (砷浓度的 2 0倍 )的硫酸盐对As(Ⅲ )和As(Ⅴ )的吸附均有一定影响 ,盐酸盐及磷酸盐则影响不明显 ;负载的As(V)可较容易地用 0 1mol/LNaOH洗脱下来 ,使吸附剂再生 ,而As(Ⅲ )则难以洗脱 ,这与 2种价态砷的吸附机理不同有关 .

CuFe_2O_4/海泡石磁性吸附剂的制备及性能

以硫酸铜、氯化铁为主要原料,采用化学共沉淀法制备CuFe2O4纳米磁性微粒,然后将其与海泡石复合制得CuFe2O4载量不同(质量分数,下同)的磁性海泡石。分别用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)对样品的物相、形貌、磁学性能进行了表征。结果表明,合成的CuFe2O4结晶度高,晶粒度约为16nm,饱和磁化强度(Ms)为24.114A.m2/kg。磁性海泡石中,CuFe2O4较均匀地负载于海泡石表面,其饱和磁化强度(Ms)以及对Cu2+的饱和吸附量随CuFe2O4载量增加而增大。CuFe2O4载量为50%的磁性海泡石的饱和磁化强度(Ms)、剩余磁化强度(Mr)分别为13.416、0.0395A.m2/kg,矫顽力(Hci)为0.0113A/m,对Cu2+的饱和吸附量为17.82mg/g,磁分离回收率为96.4%。

纳米CuFe_2O_4的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能

以硝酸铜、硝酸铁为反应物,氨水为沉淀剂,PEG-400为分散剂,通过共沉淀法合成了纳米CuFe_2O_4。利用XRD、FE-SEM、TEM表征了纳米CuFe_2O_4颗粒的结构、粒径及形貌。同时,采用DSC研究了纳米CuFe_2O_4对AP热分解的催化性能。结果表明,所得的产物主要为尖晶石结构的CuFe_2O_4,粒径约为200 nm,呈类球形。DSC分析表明,纳米CuFe_2O_4对AP的催化效果优于单独使用共沉淀法制备的纳米CuO、纳米Fe2O3或者纳米CuO+Fe_2O_3(CuO和Fe_2O_3的摩尔比是1∶1)混合物的催化效果。纳米CuFe_2O_4对不同粒径的AP均具有显著的催化作用,且2%含量为纳米CuFe_2O_4催化AP的最佳使用量,可使64、6、1μm AP的高温分解峰温分别从441.3、433.8、416.9℃降低至356.8、379.8、355.2℃;表观分解热分别从941、1167、1312 J/g增加至1734、1 838、1 855 J/g;同时使64、6、1μm AP的热分解反应速率常数分别增大。随着AP粒径的减小,其团聚性增强,很难与纳米CuFe_2O_4形成均匀混合物。因此,想要提高纳米CuFe_2O_4对超细AP的催化性能,应该从解决纳米CuFe_2O_4和超细AP的分散均匀性入手。

磁性CuFe_2O_4纳米棒的合成及其芬顿反应降解刚果红性能的研究

以α-FeOOH纳米棒为模板,通过高温烧结法制备了磁性CuFe2O4纳米棒,并研究其芬顿氧化降解刚果红染料的性能。结果表明CuFe2O4纳米棒在150min内可以有效降解90%以上的刚果红染料,经过5次循环后,降解率并无明显下降,同时还考察了其他反应条件对降解率的影响。这种新型磁性芬顿试剂在水处理方面有较好的应用前景。

纳米CuFe_2O_4-rGO复合材料的制备及电化学性能

采用溶剂热法成功制备了纳米CuFe_2O_4-rGO复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电化学工作站对样品的结构、形貌及电容特性进行表征。结果表明,CuFe_2O_4纳米粒子均匀地分散在石墨烯片层间,其中CuFe_2O_4-20%rGO复合材料具有最优的电化学性能,当电流密度1 A·g^(-1)时,其比电容为1 952.5 F·g^(-1),当电流密度为1 A·g^(-1)时,CuFe_2O_4-20%rGO复合材料经1 000次充放电后的比电容保持率为86.17%。

CuFe_2O_4/TiO_2复合光催化剂在模拟太阳光下对大肠杆菌杀灭作用的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米CuFe2O4,然后与TiO2固相烧结成复合光催化剂,并通过TEM,XRD和UV-visDRS对复合光催化剂进行了表征,表明样品由粒径约为80 nm的粒子组成,晶体结构均匀。以大肠杆菌为研究对象,考察了复合光催化剂在模拟太阳光(150 W氙灯,λ=200～900 nm)照射下的杀菌性能。结果表明:复合光催化剂比单一光催化剂杀菌效果好,在最佳条件下,模拟太阳光照射30 min后,CuFe2O4/TiO2复合光催化剂的杀菌率分别为单纯CuFe2O4和TiO2杀菌率的1.71倍和1.13倍。复合光催化剂杀菌性能受CuFe2O4与TiO2质量比及固相合成时焙烧温度的影响,当TiO2质量分数为80%、焙烧温度为600℃时,所制得的复合光催化剂处理大肠杆菌,在模拟太阳光照射30 min后,细菌的存活率仅为3.2%,而单纯CuFe2O4和TiO2光催化剂在最佳条件下杀菌30 min后细菌存活率分别为43.3%和14.2%。同样条件下在黑暗中使用催化剂或在光照下不用催化剂时细菌存活率分别为97.0%,93.2%。

CuFe2O4纳米粒子催化芳香酮的不对称硅氢化反应

分别采用共沉淀法、溶胶-凝胶法和溶剂热法制备得到CuFe_2O_4纳米粒子,以(R)-联萘二苯基膦[(R)-BINAP]为手性配体、聚甲基氢硅氧烷(PMHS)为硅氢化试剂,将制得的CuFe_2O_4纳米粒子用于催化芳香酮的不对称硅氢化反应.结果表明,溶剂热法能制得分散性好、粒径小且分布均匀的CuFe_2O_4纳米球,其催化活性明显优于其它2种方法.在添加剂t-Bu OK和t-BuOH的共同作用下,CuFe_2O_4纳米粒子的催化活性得以明显改善,最终得到一种高效的非均相催化体系CuFe_2O_4/t-Bu OK/t-BuOH.在室温和空气氛围下,用于催化芳香酮的不对称硅氢化反应,底物转化率和产物对映体过量值分别高达99%和92%.研究证实底物芳环上取代基的电子效应和空间位阻明显影响不对称硅氢化反应的结果.CuFe_2O_4纳米催化剂在外加磁场的作用下能较易从反应体系中分离回收,且催化剂经4次循环利用后仍具有较高的催化活性.

基于CuFe2O4载氧体的羊肠煤化学链气化特性

以羊肠煤为燃料,CuFe 2O 4为载氧体,通过热重-质谱联用技术研究CuFe 2O 4载氧体的氧传递过程。同时考察羊肠煤(YC)与CuFe 2O 4载氧体的反应性能和循环稳定性。结果表明:CuFe 2O 4载氧体具有提供晶格氧和催化分解CO 2的双功能,其氧传递过程是CuFe 2O 4载氧体先被还原为Cu和Fe 3O 4,然后Fe 3O 4继续被还原生成Fe。对比YC/Al 2O 3,CuFe 2O 4载氧体的加入提高了YC的气化速率。在还原过程中CuFe 2O 4载氧体形成的氧缺位材料CuFe 2O 4-δ提高气化产物中CO和CH 4的摩尔累积量。通过XRD、BET和SEM-EDS分析10次循环前后载氧体的表面形貌和物质组成,表明CuFe 2O 4载氧体的反应活性和催化活性良好。

化学链气化过程中CuFe2O4/SiO2载氧体的反应性能及次烟煤的结构演变

以CuFe2O4/SiO2为载氧体,次烟煤为燃料,在间歇流化床中进行次烟煤的化学链气化实验,通过X射线衍射和拉曼光谱分析了化学链气化过程中CuFe2O4/SiO2载氧体和次烟煤的结构演变规律。结果表明:与以SiO2为床料的次烟煤气化相比,CuFe2O4/SiO2载氧体的加入使得次烟煤化学链气化的最大碳转化速率提高了43%。这是因为在化学链气化过程中,CuFe2O4/SiO2载氧体会释放分子氧和传递晶格氧,而分子氧会促进次烟煤中大芳香环的裂解,晶格氧会加快次烟煤中小芳香环的消耗。

CuFe_2O_4光催化剂在模拟太阳光下对大肠杆菌杀灭作用的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米CuFe2O4光催化剂,并通过TEM,XRD和UV-visDRS对其进行表征,表明样品是由粒径约为80nm的粒子组成,晶体结构均匀,具有良好的可见光吸收性能。以大肠杆菌为研究对象,考察了光催化剂在模拟太阳光照射下的杀菌性能。结果表明:CuFe2O4光催化剂杀菌性能随着焙烧温度的不同而变化,当焙烧温度为700℃时,杀菌效果最佳,光照60m in后,细菌的存活率仅为5.6%,而在相同条件下使用催化剂避光和不用催化剂光照时细菌存活率分别为94.4%和87.4%,说明该催化剂本身无毒性,是一种在可见光下有优良杀菌性能的光催化剂。

水热法制备纳米CuFe_2O_4/Ac及其微波高效降解罗丹明B

在Na OH溶液中,以Fe(NO_3)_3·9H_2O和Cu(NO_3)_2·3H_2O为前驱体,采用水热法制备了负载型的纳米Cu Fe_2O_4/Ac,采用XRD和TEM对所得样品的结构和形貌进行了表征.分别考察了催化剂类型、用量,微波辐射时间、微波辐射功率对Rh B降解效果的影响.结果表明:Cu Fe_2O_4/Ac纳米颗粒能够有效促进罗丹明B(Rh B)的微波降解,对于38.3 mg/L的Rh B,微波辐射时间1 min,微波功率400 W,催化剂Cu Fe_2O_4/Ac用量为0.5 g时,罗丹明B的降解率可达到99%,TOC去除率为89%.

制备CuFe_2O_4/Ac用于微波降解TBBPA

通过低温水热反应加高温煅烧的方法制备了CuFe_2O_4/Ac,利用XRD、FESEM对其进行了表征,研究了制备的CuFe_2O_4/Ac在微波辅助条件下对四溴双酚A(TBBPA)的降解性能.结果表明:随着煅烧温度的升高,材料的结晶性提高,400℃煅烧所得CuFe_2O_4/Ac样品的降解性能最佳.对于21.7 mg/L的TBBPA,催化剂CuFe_2O_4/Ac用量为0.6 g,微波功率500 W,辐射时间10 min,四溴双酚A几乎可完全除去,辐照时间2 min可除去85%的四溴双酚A.

磁性材料CuFe_2O_4吸附去除水中土霉素的研究

采用共沉淀法制备了可用磁分离方法进行分离回收的磁性材料CuFe2O4,对其进行了表征及吸附去除土霉素的研究。结果表明,CuFe2O4对土霉素的吸附在24h内达到平衡,吸附动力学过程符合准二级动力学模型;溶液pH值对吸附影响很大,pH=6～7时效果较好,土霉素和CuFe2O4表面的静电相互作用在吸附过程中起着较为重要的作用;等温吸附过程符合Langmuir方程,pH=6时土霉素的最大吸附量达到483.31mg/g;增加溶液离子强度对吸附的抑制作用随土霉素吸附量的增大而变得显著,这与土霉素在CuFe2O4表面形成的络合物形式有关;400℃高温灼烧处理能有效再生磁性材料,材料重复使用性能稳定。

化学链燃烧中H 2S与CuFe 2O 4载氧体的反应机理

基于密度泛函理论和周期性结构模型,在分子水平上研究了化学链燃烧中H 2S与CuFe 2O 4载氧体表面相互作用的微观反应机理。结果表明,H 2S分子解离的SH、S和H基团倾向于吸附在O 1原子顶位上。H 2S分子在CuFe 2O 4载氧体表面发生的反应主要包括3个步骤:H 2S分子吸附、H 2S脱氢和H 2O分子形成。首先H 2S吸附在CuFe 2O 4载氧体表面进而发生两步脱氢反应,随着反应的进行,产生的H 2O分子从载氧体表面脱附,CuFe 2O 4载氧体表面的S基团发生迁移并填入氧空位形成硫化表面。其中H 2O分子的形成需克服135.57 kJ/mol的反应能垒,为速控步骤。围绕Cu原子进行的反应路径是H 2S与CuFe 2O 4载氧体表面反应的主要路径,与实验结果吻合。

纳米CuFe_2O_4活化过一硫酸盐降解诺氟沙星性能

为研究使用过一硫酸盐(PMS)的高级氧化技术去除水体中微量有机污染物的高效可行方法,通过柠檬酸辅助溶胶-凝胶法制备纳米CuFe_2O_4材料,以其为非均相催化剂,探究CuFe_2O_4/PMS体系对诺氟沙星(NFX)的降解性能.采用X射线衍射仪、电子透射显微镜、BET手段对材料进行表征,考察煅烧温度对纳米CuFe_2O_4结构及催化性能的影响,并试验纳米CuFe_2O_4的重复使用性和稳定性.探讨纳米CuFe_2O_4投加量、PMS浓度、溶液初始pH对CuFe_2O_4/PMS体系降解NFX性能的影响,并探究该体系的氧化活性物种及降解机理.结果表明:制备纳米CuFe_2O_4的最佳煅烧温度为400℃,该温度下纳米CuFe_2O_4晶型较好,比表面积较大,且表现出较高的催化活性;在纳米CuFe_2O_4/PMS体系中,控制NFX初始质量浓度为5 mg/L,最适宜的反应条件为:纳米CuFe_2O_4投加量为0.1 g/L、PMS浓度为0.5 mmol/L、初始溶液pH为9.5,该条件下反应30 min后NFX的去除率高达99%;纳米CuFe_2O_4能有效活化PMS生成·OH和SO_4^-·,SO_4^-·是实现NFX快速降解的主要活性物种.

纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系对橙黄Ⅱ降解性能的研究

采用柠檬酸辅助溶胶-凝胶法制备了纳米CuFe_2O_4,以其为非均相催化剂,开展了纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系对橙黄Ⅱ降解性能的研究,考察了纳米CuFe_2O_4焙烧温度对其结构及催化性能的影响,探讨了初始pH、K_2S_2O_8投加量和橙黄Ⅱ初始浓度对该体系降解性能的影响,评价了纳米CuFe_2O_4的稳定性,并在此基础上,探究了纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系对橙黄Ⅱ的降解机制。结果表明:(1)纳米CuFe_2O_4最佳焙烧温度为400℃,此焙烧温度下制备的纳米CuFe_2O_4晶型较好、比表面积较大、催化活性和稳定性较高;(2)在纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系中,橙黄Ⅱ快速降解最适宜的反应条件为初始pH 5.3、K_2S_2O_8投加量0.5g/L、橙黄Ⅱ初始质量浓度20mg/L、纳米CuFe_2O_4投加量1g/L;(3)纳米CuFe_2O_4在反应中的稳定性较好,金属溶出量较低,可通过有效催化K_2S_2O_8分解为SO_4^-·和HO·,实现橙黄Ⅱ的开环降解。

CuFe2O4/改性活性炭磁性复合材料表征及其吸附性能

运用化学沉淀法合成了CuFe2O4/改性活性炭(MAC)磁性纳米复合材料,并研究其对罗丹明B(RhB)的吸附性能。运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)和比表面积测定仪等技术对其理化性质进行了表征,分析表明复合材料颗粒大小在10~100nm之间;探讨了CuFe2O4/MAC磁性复合材料吸附RhB的过程,考察了溶液的pH值、RhB的初始质量浓度、温度等因素对吸附的影响。结果表明:CuFe2O4/MAC磁性复合材料可有效吸附去除RhB,其吸附过程适合准二级动力学模型及吸附等温线符合Freundlich模型,饱和吸附容量为73.54mg/g。CuFe2O4/MAC磁性复合材料具有较好吸附性能和磁响应性,易于分离回收,可作为一种有效去除水体污染物的吸附材料。

CuFe_2O_4纤维的制备与表征

以羧酸盐为原料,柠檬酸为螯合剂,采用溶胶-凝胶法结合静电纺丝技术制备了CuFe2O4纤维。利用IR和XRD技术跟踪了不同热处理温度下所得纤维的结构,并利用SEM对所得纤维的形貌进行了表征。结果表明所得纤维具有尖晶石结构,纤维粗细均匀,直径约为500nm。

CuFe2O4敏感电极微观结构对电势型氨传感器氨气响应性能的影响

以CuFe2O4为敏感电极,YSZ为固体电解质的电势型气体传感器被制备用于汽车尾气中氨气浓度的检测。CuFe2O4被溶胶-凝胶法制备并在900℃煅烧获得。通过分别在950℃、1000℃和1050℃烧结获得了具有不同微观结构的CuFe2O4敏感电极,并在650℃评估了它们的氨气响应性能,发现电极微观结构对响应性能有较大影响。1000℃烧结传感器的氨敏感度最高,其值为-68.5 mV/decade,对320×10^-6和20×10^-6浓度的氨气的响应信号值分别高达-92.3 mV和-8.3 mV。它的优异性能与SEM和BET结果显示的它具有最多的TPB数量,适中的电极厚度和孔隙率有关,也通过EIS和极化测试被证实。传感器也拥有较好的氨气选择性和长期稳定性,表明CuFe2O4在电势型NH3传感器的实际应用中具有较好的潜力。