非均相光芬顿反应消解奶制品综合化学实验设计

采用共沉淀法合成氧化石墨烯负载四氧化三铁(Fe_(3)O_(4)/GO)纳米材料,将其作为非均相催化剂引入光芬顿反应用于奶制品的消解。结合X射线粉末衍射、扫描电镜、红外光谱以及热重分析对Fe_(3)O_(4)/GO的结构和形貌进行表征;考察光芬顿反应体系的pH值、反应时间和催化剂使用量对牛奶样品消解效果的影响;并用氢化物发生原子荧光光谱法测定牛奶样品消解液中的砷含量。该综合实验涉及纳米复合材料的制备和结构表征、光芬顿催化性能研究及其实际应用等多方面内容,可以使学生得到较系统的科学研究训练,有利于提高学生综合运用知识的能力,并开发学生科研探索的潜力。

可见光下苯醌类化合物诱导磷酸铁芬顿反应的铁离子源汇机制

构建了可见光下苯醌类化合物诱导磷酸铁产生芬顿反应的体系,分析了苯醌类化合物对磷酸铁释放亚铁离子的影响,比较了苯醌类化合物诱导磷酸铁芬顿反应降解橙Ⅱ的效率,研究了橙Ⅱ降解过程中铁离子和亚铁离子之间的转化以及羟基自由基浓度的变化,讨论了可见光下苯醌类化合物诱导磷酸铁芬顿反应铁离子的源汇机制.结果表明,可见光下苯醌类化合物诱导的磷酸铁是芬顿反应铁离子的间接铁源和直接铁汇.当可见光-磷酸铁-过氧化氢体系分别添加2-氯-1,4-苯醌、苯醌和对二甲基醌,溶液中亚铁离子浓度峰值(对应时间)从基础实验的0.86 mg·L^(-1)(120 min)分别提高到2.06 mg·L^(-1)(40 min)、1.61 mg·L^(-1)(40 min)和1.04 mg·L^(-1)(120 min);铁离子引发的芬顿反应能极大提高橙Ⅱ的脱色率和矿化率:反应60 min时,橙Ⅱ脱色率分别是99.5%、98.1%和77.7%;反应180 min时,橙Ⅱ矿化率分别为78.8%、77.6%和52.4%;反应结束时,总铁离子的浓度会大幅降低至0.2 mg·L^(-1)左右,能避免铁离子的二次污染.另外,可见光下苯醌诱导磷酸铁芬顿反应循环降解橙Ⅱ的结果表明,铁离子释放和回收过程具有较高的重现性;FT-IR和XPS图谱表明,磷酸铁在循环使用后具有较高的结构和化学重现性.本研究开发了磷酸铁用于有机废水处理高值化利用的途径,为废旧磷酸铁锂电池的资源化利用提供理论依据.

N缺陷g-C_(3)N_(5)修饰S掺杂苝酰亚胺增强可见光自芬顿苯酚氧化耦合Cr(Ⅵ)还原

通过静电自组装制备有机复合半导体N缺陷g-C_(3)N_(5)(NVs)修饰S掺杂苝酰亚胺(S-PDI)。NVs具有丰富的活性位点,而具有氨基基团的酰胺增强了S-PDI与NVs的分子间作用力。NVs质量分数30%的30%NVs/S-PDI对Cr(Ⅵ)的还原率为79.96%,对苯酚的降解率为74.40%;30%NVs/S-PDI协同氧化苯酚与还原Cr(Ⅵ)过程中,Cr(Ⅵ)的还原率为92.83%,苯酚的降解率为93.89%,即苯酚的氧化降解促进了Cr(Ⅵ)的还原,Cr(Ⅵ)的还原增强了苯酚的氧化降解。NVs/S-PDI充分利用导带的还原性能和价带的氧化性能,实现电子空穴的空间分离,协同强化光催化过程中的氧化半反应和还原半反应,同步提升光催化氧化还原性能。同时,光照产生的电子、H_(2)O_(2)与Cr(Ⅵ)形成一个光自芬顿反应过程,进一步促进了苯酚的氧化降解与Cr(Ⅵ)的还原去除。

光助芬顿反应对6H-SiC化学机械抛光的影响

为提高6H-SiC晶片化学机械抛光的材料去除率(MRR)并改善其表面质量,采用光助芬顿反应体系对6H-SiC晶片进行化学机械抛光,研究紫外光功率、抛光液pH值、H2O2质量分数和Fe2+浓度对6H-SiC晶片抛光效果的影响。使用原子力显微镜观察6H-SiC晶片表面质量,采用纳米粒度电位仪测量抛光液中SiO2磨粒的粒径分布及Zeta电位,利用可见分光光度法检测溶液中羟基自由基(·OH)的浓度并通过紫外-可见光谱分析紫外光的作用机制。结果表明:引入紫外光提高了6H-SiC的MRR,增大紫外光功率,MRR也随之增加;随pH值、H2O2质量分数和Fe2+浓度的升高,MRR先增大后减小;pH值影响磨粒间的静电排斥力及磨粒的分散稳定性,从而影响6H-SiC的MRR;与采用芬顿反应体系的抛光液相比,采用光助芬顿反应体系的抛光液中产生的·OH数量较多,说明紫外光能够增加反应体系中·OH的数量,从而促进6H-SiC晶片的表面氧化,提高6H-SiC晶片的MRR,并改善其表面质量。

一维链状希夫碱铜配合物的高效光芬顿试剂活性（英文）

合成了2个希夫碱配合物[Cu(HL1)Cl O4]n(1)和[Cu(HL2)NO3]n(2)(H2L1=N-[(2-oxy-acetate)benzyl]-2-amino ethanol,H2L2=Nsalicylidene-3-amino propanol),并将其在无酸化条件下用作甲基橙降解的光芬顿催化剂。1和2均为一维链状结构且铜为六配位的拉长八面体配位构型。它们均具有优秀的均相光芬顿试剂活性且1的光催化活性更优秀。实验结果表明,本研究中的配体结构对铜配合物的光催化活性有影响。

BiOBr/g-C_(3)N_(4)S型异质结无H_(2)O_(2)光-自芬顿高效催化降解RhB

通过焙烧-超声混合法成功地制备了BiOBr/g-C_(3)N_(4)S型异质结复合光催化剂。采用多种表征手段对样品物理属性进行了表征,包括X射线多晶粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)。研究了所制备样品有/无Fe3+的光-自芬顿催化/光催化降解罗丹明B(RhB)性能。通过捕获实验确定了光催化反应中的主要活性物种,提出了光-自芬顿反应的降解机理。研究结果表明,BiOBr/g-C_(3)N_(4)S型异质结能原位生成H_(2)O_(2),添加Fe3+后,H_(2)O_(2)被原位活化成活性物种且光生电流和载流子分离效率获得显著提高。该光-自芬顿过程能高效降解RhB,其反应速率常数为0.208 min-1,约为无Fe3+光催化反应速率常数的5.3倍,在光-自芬顿循环使用过程中表现出良好的稳定性。Fe3+的加入促进了光生电荷的分离和H_(2)O_(2)的活化,超氧阴离子自由基(·O2-)、空穴和羟基是光-自芬顿催化过程中的主要活性物种,且·O2-作用更大。

MIL-88A光芬顿催化体系中羟基自由基的检测

为了研究MOF光芬顿体系中·OH生成的影响,首先建立了2-羟基对苯二甲酸(HOTP)和对苯二甲酸(TA)高效液相色谱检测方法,检出限分别为0.5μg/L、0.8 mg/L。分析了光照时间和H_(2)O_(2)浓度变化对实验体系的影响,通过测定TA及HOTP的含量间接反映·OH变化,结果表明无光照条件时,反应体系中没有检测到TA消耗及HOTP生成,因此该阶段没有产生·OH;增加光照,在光照60 min内不同体系的HOTP生成量明显递增,1.5 mL/L H_(2)O_(2)反应体系中含量最高,其次是1.0 mL/L,但60 min后有所下降,高浓度H_(2)O_(2)下降趋势较明显,表明此段产生过量的·OH会使HOTP发生降解反应,H_(2)O_(2)浓度越高降解强度越大,而·OH与TA反应仍在继续进行,直至下降到一定浓度后停止反应。通过比较本实验反应体系中检测·OH的高效液相色谱法及荧光分光光度法,对比检出限及分析实际样品得出两种方法均适用于·OH检测,但荧光分光光度法灵敏度低于高效液相色谱法。

Fe/BiVO_(4)光芬顿催化剂的制备及性能研究

以硝酸铋、偏钒酸铵和硝酸铁为原料,通过水热法制备了不同铁摩尔分数的Fe/BiVO_(4)光芬顿催化剂,以可见光条件下降解亚甲基蓝为模型反应考察其光芬顿反应性能。通过XRD、SEM分析了不同Fe摩尔分数以及水热反应p H对催化剂暴露晶面和形貌的影响。结果表明,当Fe与Bi的摩尔比为0.5%、水热反应pH为7时,制备的Fe/BiVO_(4)-0.5-7催化剂在可见光下对亚甲基蓝60 min的最高移除效率约为80%,是纯BiVO_(4)的2倍。

大气颗粒物表面液态水中典型多环芳烃光解的模拟研究

大气颗粒物在老化过程中表面液态水含量与组成发生改变,导致液态水中多环芳烃(PAHs)的光解行为也会相应改变,影响其大气寿命。构建大气颗粒物不同液态水环境,对3种典型PAHs(蒽(Ant)、菲(Phe)和芘(Pyr))在液态水环境中的光解行为进行研究。结果表明,纯水体系中的光解速率为Ant>Phe>Pyr,酸度增大有助于Pyr光解;酸化条件下增加Fe^(3+)浓度能够促进PAHs的光解,但草酸对3种PAHs光解的影响并不一致,导致草酸-铁混合体系对PAHs光解的促进作用出现差异。与纯水体系相比,PAHs在大气细颗粒物(PM_(2.5))水提取液体系中的光解受到抑制,但水溶性有机碳(WSOC)质量浓度较高(1 mg/L)时能促进Pyr的光解;大气PM_(2.5)水提取液中添加Fe^(3+)产生的光解促进作用弱于纯水体系。不同液态水环境中Phe的主要光解产物均为9,10-菲醌,大气PM_(2.5)水提取液中9,10-菲醌的寿命最长。

UV/Fenton反应对直接黑38的脱色与矿化

为了研究过程参数对photo-Fenton法降解偶氮染料直接黑38人工废水的影响,进行了实验室规模的UV/Fenton反应光催化降解染料直接黑38的研究。在一定的时间段内检测水溶液直接黑38的UV吸光度、总有机碳(TOC)浓度的变化,确定了直接黑38废水的降解速度。以单因素实验方法确定了pH值、[Fe2+]、[H2O2]比例及其初始浓度对降解速度的影响。实验结果表明,在pH为3,染料浓度为30mg/L,[Fe2+]/[H2O2]比例1:100,[Fe2+]=0.12mmol/L,[H2O2]=12mmol/L条件下,UV/Fenton方法能在50min内使染料脱色率达90%,使TOC的去除率达到57%。实验证明了photo-Fenton法对于含有偶氮染料废水的脱色与矿化具有很好的应用前景。

金属有机骨架材料(MOF-Fe(235))光Fenton氧化处理抗生素废水的动力学研究

目前,抗生素废水的处理存在效果差、能耗高、易于产生二次污染等问题,光芬顿氧化技术由于具有利用太阳能的愿景,逐渐成为抗生素废水处理研究的热点。本工作采用溶剂热法合成铁基金属有机骨架材料(MOF-Fe(235)),并对其进行SEM、XRD、BET比表面积等结构表征;再以MOF-Fe(235)为光芬顿催化剂,光芬顿氧化降解处理盐酸四环素水溶液所模拟的抗生素废水,研究考查了抗生素初始浓度、H2O2投加量、pH值、光照波长和强度等因素对抗生素处理效果和动力学过程的影响规律。结果表明,MOF-Fe(235)为八面体晶体结构,其比表面积为4.18 m^2/g,总孔体积为0.02cm^3/g,抗生素光芬顿氧化降解过程符合一级反应动力学,最优pH由芬顿氧化最适值3.0扩展至5.8左右,过氧化氢加入量和废水pH对光芬顿氧化处理抗生素动力学过程影响较大。

可见光/CuFeO_(2)/H_(2)O_(2)体系降解氧氟沙星

通过水热法制备高纯度CuFeO_(2)异相催化剂,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(HRTEM)对其结构和形貌进行了表征,通过对紫外可见漫反射光谱和X射线光电子能谱分析得出CuFeO_(2)的能带结构图.构建可见光/CuFeO_(2)/H_(2)O_(2)体系,研究其对10 mg·L^(-1)氧氟沙星(OFX)的降解性能.结果表明:所制CuFeO_(2)异相催化剂为R-3m相结构,粒径在1~4μm之间;在催化剂浓度为0.6 g·L、H_(2)O_(2)投加量为6 mol·L^(-1)以及pH=3.6时,可见光/CuFeO_(2)/H_(2)O_(2)体系对OFX的降解效果最佳,其120 min的降解率高达85.2%;此外,CuFeO_(2)催化剂经过5次循环降解实验其效率仅降低了7.7%,表明所制催化剂具有良好的循环稳定性;自由基、光生电子和光生空穴捕获实验以及电子自旋共振波谱测试结果表明了·OH是可见光/CuFeO_(2)/H_(2)O_(2)体系中主要的活性物质;降解机理揭示了CuFeO_(2)中的Fe和Cu双活性位点以及可见光下产生的光生电子在异相光芬顿反应中起着重要的作用.

复合催化剂α⁃(Fe,Cu)OOH/RGO的制备、表征及其协同H2O2在可见光下去除环丙沙星性能

采用一步回流法制备了α-(Fe,Cu)OOH/RGO复合催化剂,通过粉末X射线衍射、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱等对催化剂进行了表征,并以30 mg·L^-1的环丙沙星(CIP)为目标污染物,研究了不同制备条件下所得催化剂在可见光照射下协同H2O2对CIP的去除效果。结果表明,成功实现了α-(Fe,Cu)OOH纳米棒在石墨烯二维薄片上原位生长,α-(Fe,Cu)OOH/RGO复合材料的可见光吸收边发生红移,禁带宽度从2.02 eV变为1.76 eV。石墨烯复合不但增强了对污染物的吸附能力,而且加快了光生电子的分离、迁移速率,还提高了反应体系中电子的传导效率。当石墨烯复合比例(质量分数)为1%时,复合催化剂的催化性能最佳。当催化剂投加量为0.40 g·L^-1,H2O2浓度为0.10 mol·L^-1时,反应120 min,CIP被全部去除。α-(Fe,Cu)OOH/RGO循环使用5次,对CIP的去除率均在90%以上,表明催化剂具有较强的催化活性和较好的稳定性。

以消化污泥和硫酸亚铁铵为原料快速制备高效稳定的Photo-Fenton反应催化剂

厌氧消化因其能将污泥中的有机物转化为沼气而备受关注。然而,经过厌氧消化后的沼渣即消化污泥仍含有高浓度的重金属和其他有害物质,给传统的污泥处理处置带来一系列的困难。该文通过一种简单的合成方法将消化污泥变成稳定高效的非均相催化剂。通过对比消化污泥+(NH4)2Fe(SO4)2和单纯消化污泥对RhB(罗丹明B)降解速率的影响,发现人为添加一定量的(NH4)2Fe(SO4)2,可以有效提高RhB的降解速率,使之在10 min后降解率达到80%,20 min内降解率达到95%,从而大大减少降解有机物所需要的时间。

光助芬顿反应催化降解气体中甲苯

以甲苯作为挥发性有机污染物(VOCs)的代表,利用连续进气动态实验装置,研究光助芬顿反应降解气体中甲苯的作用.考察了芬顿试剂溶液初始p H、H2O2浓度、Fe2+浓度以及甲苯初始浓度对降解甲苯的影响,并利用在线质谱和色谱对产物进行了定性、定量分析.结果表明,紫外光照加快了羟基自由基的生成,显著提高了气体中甲苯的去除率;p H=3.0、H2O2浓度为20 mmol·L-1、Fe2+浓度为0.3 mmol·L-1的条件下,甲苯去除率最高;当甲苯初始浓度为260 mg·m-3时,去除率能够达到98%;光助芬顿反应催化降解气体中甲苯实验未检测到CO2之外的中间产物,CO2产率分析表明去除的甲苯全部转化为CO2.

VUV/H_(2)O_(2)工艺对于水中新型有机污染物降解的技术研究进展

真空紫外/过氧化氢(VUV/H_(2)O_(2))工艺作为高级氧化技术(AOPs)的新型工艺技术,由于其高效、简单、绿色等特征,近年来已成为水处理领域的研究热点。本文基于VUV/H_(2)O_(2)工艺的反应机理,介绍了该工艺常用反应器的设计,总结了该工艺对水中新型有机污染物的去除效能,降解机制以及降解过程中的相关影响因素,提出了该工艺应用范围前景,并进行了经济评价,为难降解工业废水的处理提供了技术参考。