异相类Fenton催化剂降解废水中抗生素研究进展及发展趋势

水中抗生素具有成分复杂、毒性高和难于生物降解等特点,成为近些年水处理领域的研究热点.均相Fenton氧化技术(Fe^(2+)/H_(2)O_(2)体系)因其反应快速、简单高效而备受青睐.而异相类Fenton氧化技术采用铁基固体催化剂代替液相Fe^(2+),能够有效减少含铁污泥的生成,同时拓宽反应的pH值范围,且催化剂可以回收利用,在近些年得到了快速发展,将其应用于抗生素的降解也取得了理想的效果.从异相类Fenton催化原理出发,综述了异相类Fenton催化剂降解抗生素的研究进展.基于异相类Fenton催化剂的核心问题,重点阐述了改善催化性能的方法、措施以及新的观点.针对异相类Fenton技术降解抗生素存在的问题提出了今后的发展方向.

Cu掺杂对硫化镍精矿制备高效异相类Fenton催化剂(Ni,Mg,Cu)Fe_(2)O_(4)的影响

以硫化镍精矿为原料,采用共沉淀–煅烧法成功制备出Cu掺杂尖晶石铁氧体(Ni,Mg,Cu)Fe_(2)O_(4)异相类Fenton催化剂.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)等手段系统研究了Cu掺杂量对所制备产物微观结构、形貌及催化性能的影响;确立了最优催化体系为光助类Fenton催化体系“(Ni,Mg,Cu)Fe_(2)O_(4)催化剂/H2O2/可见光”,揭示了Cu掺杂对(Mg,Ni)Fe_(2)O_(4)催化活性的增强机制.结果表明:在选定的实验条件下,制备得到的产物均为纯相立方尖晶石铁氧体.当Ni与Cu摩尔比为1∶1时,合成的(Ni,Mg,Cu)Fe_(2)O_(4)在可见光照180 min条件下对质量浓度为10 mg∙L^(−1)的罗丹明B(RhB)溶液的降解率可达94.5%.究其主要原因为:随着Cu掺杂量的增加,占据(Ni,Mg,Cu)Fe_(2)O_(4)八面体位的Fe^(3+)和Cu^(2+)的相对含量增加,即裸露于铁氧体表面的Fe^(3+)和Cu^(2+)数量增多,以及两者的协同作用,加速了羟基自由基(·OH)反应的发生,最终使得RhB溶液的降解效率从73.1%提高至94.5%.

Fe基类Fenton催化剂非均相处理造纸废水

针对传统均相Fenton法深度处理造纸废水中铁泥量大、成本较高等问题,将Fe_(2)O_(3)、Al_(2)O_(3)、SiO_(2)、石墨粉采用高温烧结的方式,制备Fe基类Fenton催化剂,并用于非均相Fenton处理造纸废水,可达到节省FeSO_4用量的效果。结果表明,经高温烧结制备的Fe基类Fenton催化剂具有丰富的孔隙结构,在pH值为3、催化剂投加量15 g/L、COD_(Cr)和H_(2)O_(2)质量比1∶0.75、反应时间90 min的条件下,造纸废水COD_(Cr)去除率为74.8%,且经过10次循环实验仍达70%以上,BOD_5去除率可达67%以上。

铁铜双金属复合类Fenton催化剂的制备及用于处理阿莫西林模拟废水研究

针对粉末状类Fenton催化剂难以回收再利用的难题,采用煅烧法制备球形铁铜双金属复合催化剂,优化了催化剂制备条件(成分配比、煅烧条件和氮气流量),表征了催化剂的表面形态,考查了阿莫西林降解动力学,探讨了催化剂催化机理,并利用以该催化剂为核心的类Fenton催化体系处理阿莫西林模拟废水。反应在最优条件下阿莫西林去除率可达到99.9%。

Fe_(3)O_(4)基类Fenton催化剂的改性及应用研究进展

Fe_(3)O_(4)作为尖晶石型非均相类Fenton催化材料,具有绿色无毒、价廉易得、催化活性较高等优点,但纯相Fe_(3)O_(4)催化剂存在H_(2)O_(2)利用率低、适用pH范围窄、活性位点少以及难以回收等问题,影响其实际应用。通过改性Fe_(3)O_(4)或优化反应体系使其具有更高的催化活性是当今国内外学者的研究重点。简述了Fe_(3)O_(4)的理化特性以及类Fenton催化机理,分析了限制Fe_(3)O_(4)催化活性的主要因素,并在此基础上总结了形貌调控、元素掺杂、与载体复合等改性方法在提升Fe_(3)O_(4)催化活性方面的研究进展以及Fenton与其他氧化技术协同提升Fe_(3)O_(4)基催化剂催化活性的机理和应用现状。总结历年来研究成果可知,催化剂自身调控策略以及Fenton体系协同优化均对Fe_(3)O_(4)催化活性提升具有显著作用,但未来仍需在催化剂稳定性、催化机理以及提升类Fenton体系中H_(2)O_(2)利用效率方面进行进一步探索。

介孔CuCo/FeCeO_(x)催化剂协同催化类Fenton反应

类Fenton反应是降解水中有机污染物的有效方法之一,开发高效的非均相催化剂至关重要。通过硬模板法制备了Fe掺杂的具有有序介孔结构的FeCeO_(x)材料,以此为载体通过浸渍法负载Cu和Co后,构建了具有多金属活性位点的催化剂。催化剂在亚甲基蓝降解反应中表现出优异的催化性能,在45 min内可将亚甲基蓝完全降解,且具有良好的循环使用性能,使用5次后亚甲基蓝降解率仍达到93.3%。催化剂的介孔结构有利于吸附亚甲基蓝,暴露更多的活性位点,多金属之间的协同作用促进了催化剂上的电子转移,从而提高H_(2)O_(2)的活化效率和促进·OH的产生。

异相Fenton催化剂用于有机废水处理的研究进展

开发高效的Fenton催化剂是Fenton反应发展的关键。异相Fenton催化剂具有pH适用范围广、H2O2利用率高、催化剂易回收等优点,在有机废水处理领域引起人们广泛关注。综述了Fenton反应的基本原理和特点,详细介绍了几种不同类型的异相Fenton催化剂在有机废水处理方面的应用,分析了Fenton反应中的影响因素。最后对异相Fenton催化剂的发展方向提出展望。

超声-类Fenton活化制备碳基催化剂及黄药降解

通过构筑超声-类Fenton体系改性污泥基活性碳,经焙烧后得到高效、稳定的非均相Fenton催化剂,并能有效降解丁基钾黄药类废水。在优化和确定最佳制备条件的基础上,运用SEM、EDX、FT-IR和XRD等方法对合成样品进行表征,同时探究其降解性能。实验结果表明:最佳的前驱体制备条件为以硫酸调节活化体系pH值,活性炭与FeSO_(4)·7H_(2) O的质量比为1∶0.7,搅拌后加入过硫酸钾与铁的摩尔比为1∶0.5,焙烧后得到表面粗糙的催化剂。成功引入磺酸基团于催化剂中,出现Fe_(2) O_(3)结晶颗粒,铁质量分数从0.08%增加到46.65%。铁元素和炭载体之间形成化学键Si—O—Fe,具有较好稳定性。在循环使用5次后,对于黄药的降解率仍保持在82%以上。市政污泥可作为非均相Fenton催化剂载体的来源,推动污泥资源化利用,实现以废治废。

异相类Fenton催化剂CuFeO_(2)的制备及其对水中氧氟沙星的降解性能

以三水合硝酸铜、九水合硝酸铁分别作为铜源和铁源,通过简单的一步水热法合成纯3R相结构CuFeO_(2)催化剂。通过X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和高分辨透射电镜对其晶格结构和形貌进行了表征,构建了CuFeO_(2)/H_(2)O_(2)体系对目标污染物氧氟沙星(OFX)进行降解,考察了不同催化剂投加量、H_(2)O_(2)浓度、溶液pH等参数对OFX降解效果的影响。结果表明,在催化剂投加量为1.1 g·L^(-1)、H_(2)O_(2)浓度为15 moL·L^(-1)以及pH=3.65的条件下,反应300 min后,CuFeO_(2)/H_(2)O_(2)体系对10 mg·L^(-1)OFX的降解率高达93.8%;此外,CuFeO_(2)催化剂在活化H_(2)O_(2)降解OFX过程中具有良好的稳定性,经5次降解后的降解率仅降低了8.1%;自由基捕获实验和电子自旋共振波谱测试结果表明CuFeO_(2)/H_(2)O_(2)体系中·OH是主要的活性自由基;降解反应前后CuFeO_(2)的X射线光电子能谱表征结果表明,Cu^(+)和Fe^(3+)的相对含量均有不同程度的降低,表明CuFeO_(2)中的Fe和Cu双活性位点在异相类Fenton反应中均起着重要的作用。最后,通过质谱鉴定了OFX的降解产物,并在此基础上提出了可能的降解路径。

多孔载体负载型Fenton催化剂降解酚类污染物的研究进展

多孔载体负载型非均相Fenton催化技术是近年来发展起来的一种处理有机污染物的有效手段,因其克服了均相Fenton催化体系存在的受pH值限制大、含铁污泥产生量大、Fe3+还原为Fe2+速率缓慢等问题,近年来备受研究者的重视。本文扼要介绍了自2000年以来国内外关于以多孔载体(黏土、沸石、介孔氧化硅及多孔碳)负载型Fenton催化剂降解酚类污染物的研究进展,特别指出了未来该类催化剂降解有机物的发展方向为:进一步提高催化剂的稳定性和中性条件下催化剂的活性、延长催化剂的使用寿命、开发新型多孔材料载体。

Cu-石墨烯类Fenton催化剂的制备及催化活性

通过一步水热法制备了Cu-石墨烯(Cu-RGO)催化剂,实现了Cu纳米颗粒的可控生长和氧化石墨烯(GO)还原的同步进行,并将所制备的Cu-RGO用于亚甲基蓝(MB)的催化降解研究。在H2O2存在条件下,当GO与Cu的质量比为3∶17时,经过4 h催化反应,Cu-RGO催化剂对亚甲基蓝的降解率可达到99.5%,经过6次循环使用对亚甲基蓝的降解率仍保持在98.1%以上,CuRGO催化剂展现了较高的催化活性及良好的稳定性。

非均相类Fenton催化剂脱汞的实验与机理

采用共沉淀法分别制备Ti、Co、Cu掺杂Fe3O4的非均相类Fenton催化剂,在小型实验台架上进行非均相类Fenton反应脱汞的实验研究。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对催化剂的晶体结构和形貌进行了表征。实验考察了掺杂前Fe3O4和掺杂后Fe2.59Ti0.41O4、Fe2.52Co0.48O4、Fe2.44Cu0.56O4催化剂的类Fenton脱汞性能,并通过电子顺磁共振技术(EPR)分析了非均相类Fenton脱汞的机理。结果表明:Ti、Cu掺杂后的催化剂具有较高的催化活性,-OH的强氧化作用是类Fenton脱汞的主要原因。

钛合金表面铁氧化物膜层类Fenton催化剂制备及降解苯酚性能

采用微弧氧化法在硅酸盐电解液体系中于钛合金表面成功制备了铁氧化物膜层类Fenton催化剂。采用SEM、XRD以及XPS对所得膜层的表面形貌、晶体结构及物相组成进行表征,发现膜层中含有金红石相TiO_2(R-TiO_2),和非晶态的铁氧化物Fe_3O_4;对膜层的表面形貌分析发现电解液中加入铁氰化钾后表面粗糙度及平均孔尺寸增大。以苯酚作为目标降解物,研究了膜层类Fenton催化活性,同时研究了铁源含量、苯酚浓度、H_2O_2投料量以及pH值对膜层降解苯酚效率的影响,优化了降解条件,研究发现在pH 3.0、温度30℃、H_2O_26.0 mmol·L^(-1)、苯酚35 mg·L^(-1)及铁氰化钾含量10 g·L^(-1)的条件下降解90 min,苯酚降解效率可达90%。通过对不同温度下降解苯酚的反应动力学研究,利用阿伦尼乌斯方程得到了该膜层类Fenton降解苯酚的反应活化能Ea为96.9 kJ·mol^(-1)。最后,评价了膜层的稳定性并分析了稳定性衰减的原因。

新型类Fenton催化剂表征及其降解染料废水的试验研究

钴基和铜基类Fenton催化剂是近年来的研究热点,对新型类Fenton催化剂进行SEM,EDS,XPS表征,得知催化剂中的金属元素主要为钴和铜。通过单因素分析法,研究影响该催化剂处理甲基橙模拟废水效果的因素。结果表明：该催化剂在pH为3~9的范围内均表现出较好的催化降解能力;当双氧水的添加量达到20 mL/L时,催化降解能力不再增加;催化剂的投加量影响催化降解能力达到最大的时间;此外,双氧水的投加方式影响降解所需的时间而对最终的处理效果影响不大。

Fe^(3+)和Mn^(2+)双金属负载型非均相类Fenton催化剂的制备及性能

为更好地处理染料废水,对非均相类Fenton催化剂进行研究,制备出Fe3+和Mn2+双金属负载型催化剂.研究催化剂的制备方法和载体对Fe3+和Mn2+双金属负载型非均相类Fenton催化剂性能的影响,并采用XRD和SEM对所制备的催化剂进行表征,利用甲基橙模拟废水的降解对催化剂性能进行评价.结果表明:用溶胶-凝胶法和以海泡石为载体时制得的催化剂的性能最好,Fe和Mn分别以γ-Fe2O3和MnO的形式存在于催化剂表面,Fe3+和Mn2+、催化剂吸附作用和H2O2氧化作用之间均存在协同效应,可加快反应速率,并优化降解效果.

黏土负载型类Fenton催化剂的研究进展

黏土负载型类Fenton催化剂是将活性金属固定在黏土上,用以催化活化H_2O_2产生羟基自由基去除难降解有机污染物,克服了均相Fenton氧化适用pH范围窄、易产生铁泥沉淀等缺点。本文从黏土的类型和结构特点出发,简述了层状与非层状黏土负载活性金属的特点及其催化性能;分析了柱撑、浸渍、沉积-沉淀等活性金属负载方法和黏土的改性手段;阐述了负载活性金属类型及其对催化性能的影响。针对黏土负载型类Fenton催化剂的特点和现阶段存在的问题,从黏土负载型催化剂的活性金属负载形式、负载方法和高效稳定催化性能的需求等角度指出了今后的研究方向。

植物法改性类Fenton反应催化剂降解甲基橙

采用银杏叶和桑叶提取液制备了改性类Fenton反应催化剂并进行了表征分析,研究了溶液初始p H、反应温度、催化剂加入量、甲基橙初始质量浓度等因素对甲基橙降解率的影响,同时考察了催化剂的重复使用效果。表征结果表明:制备出的催化剂为Fe_2O_3和Fe OOH的混合物;桑叶改性催化剂的粒径分布较银杏叶改性催化剂均匀,粒径较小,比表面积较大。实验结果表明:在初始p H为6.23、反应温度60℃、催化剂用量1 g/L、甲基橙初始质量浓度100 mg/L的条件下,银杏叶改性催化剂的甲基橙降解率为99.40%,桑叶改性催化剂的甲基橙降解率为99.96%;碱性条件下,甲基橙降解率仍接近100%,扩宽了反应的p H适用范围,为碱性条件下处理偶氮染料提供了新思路;催化剂重复使用6次之后,甲基橙降解率仍可达到99%。根据反应前后溶液的紫外-可见吸收光谱,初步探讨了降解机理。

Fe_2O_3/沸石催化剂非均相类Fenton湿法脱硝实验研究

为开发一种简单经济的湿法脱硝新工艺,采用浸渍法制备沸石载体负载Fe_2O_3的非均相类Fenton催化剂,并对其进行表征,同时考察了H_2O_2浓度、初始pH、催化剂质量浓度和反应温度对Fe_2O_3/沸石催化剂非均相类Fenton湿法脱硝效率的影响。结果表明,Fe_2O_3/沸石催化剂具有较大的比表面积,载体结构没有改变,活性组分Fe_2O_3均匀分散在载体上; Fe_2O_3/沸石催化剂具有明显的催化活性; H_2O_2浓度、初始p H、催化剂质量浓度和反应温度在最佳条件下,NO的脱除效率达52%;催化剂具有较好的稳定性,循环使用5次依然有48%左右的NO脱除效率。

非均相铜基类Fenton催化剂的制备及其降解环丙沙星

针对传统类Fenton法需在低pH范围内反应、催化剂难分离等问题,提出采用水热合成法制备了以铜基为核心的非均相类Fenton催化剂Cu/Co,并对其进行表征。实验结果表明:制备的催化剂Cu/Co主要组分是CuO,对环丙沙星(CIP)具有较高的催化活性和重复利用性。在最优条件下,CIP的降解率达到94.7%。所制备的催化剂Cu/Co能够在pH为4.0~8.0的条件下保持较好的反应活性,且催化剂Cu/Co-500重复使用5次后,对CIP的降解率依旧能达到81.7%,具有良好的循环使用性。

类Fenton反应催化剂的制备及其处理废切削液的研究

采用置换反应法制备了铜包铁粉催化剂,并用SEM、XRD、ICP对其进行了表征。研究了铜包铁粉催化类Fenton反应处理废切削液过程中,pH、催化剂质量浓度、反应时间、絮凝沉淀等工艺条件对COD去除率的影响。结果表明,当废切削液破乳出水初始pH 3、催化剂质量浓度为4.228 g/L、过氧化氢体积分数为193 m L/L、反应时间为3 h时,铜包铁粉催化类Fenton反应处理效果最优,反应后回调pH 10,投加10 g/L的聚合氯化铝混凝沉淀后,废切削液COD去除率可达96.7%。在铁基类Fenton催化剂上负载单质铜,可以显著提高其催化活性。