MXene/MnO_(2)对有机微污染物的类芬顿氧化降解效能与机理

芬顿高级氧化技术是降解有机微污染物的有效手段.过一硫酸盐(PMS)类芬顿技术因具有高效的氧化剂利用率和较宽的pH操作范围,已成为目前工业中过氧化氢芬顿技术的一种有前途的替代品.非均相催化剂能够有效活化PMS,产生多种活性自由基,从而氧化降解有机微污染物.二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)具有较好的电子传输效率和可调的表面官能团,是一种良好的非均相催化材料.然而,MXene的不稳定性、反应体系的自聚集作用和不明确的活性氧(ROS)生成机制极大地限制了它们在实际环境中的广泛应用.鉴于剥离的MXene中钛的高反应活性缺陷可以原位锚定过渡金属材料,本文通过氧化还原策略,将MnO_(2)纳米颗粒原位沉积在MXene纳米片上制备了MXene/MnO_(2)复合材料.X射线衍射图中(002)峰的偏移、透射电镜和电子衍射环图中交错的晶格条纹等表征结果表明,MnO_(2)纳米颗粒均匀地负载在剥离的MXene纳米片上.X射线光电子能谱证实了MXene表面钛缺陷与MnO_(2)纳米颗粒通过氧化还原作用相连接.同时,通过调整反应时间确定了18 h原位沉积制备的MXene/MnO_(2)具有最佳的产率和双酚A降解速率.此时的复合材料能够在4 min内活化PMS去除95.9%的BPA(50 mg/L),矿化效率达到了51.2%,表现出较好的催化性能.电子顺磁共振和淬灭实验结果表明,MXene/MnO_(2)活化PMS降解BPA为非自由基途径.实验观察结合密度泛函理论计算表明,大量暴露的锰位点有效吸附并活化PMS,从而促进了单线态氧的产生.通过高价Mn-oxo相直接生成1O_(2)的普遍途径具有较高的能垒(3.34 eV).相比之下,•OOH作为中间体产生1O_(2)的途径(1.84 eV)在能量上更可行.得益于MXene的快速电荷转移能力和MnO_(2)强PMS活化能力的双重优势,工程化的MXene/MnO_(2)/PVDF催化膜对京密引水渠河水中的有机微污染物表现出高效的活性和出色的长期稳定性.综上,本文通过氧化还原原位生长策略制得了MXene/MnO_(2)催化剂,并深入研究了其在类芬顿反应中催化降解有机微污染物的性能.通过实验表征和理论计算相结合的方法,揭示了该催化剂对有机微污染物的降解机理.本研究不仅为MXene基催化剂的设计和合成提供了新的思路,也为开发可广泛应用于实际水体中处理有机微污染物的催化剂提供了参考.

类芬顿试剂液相氧化法脱硝的实验研究

以类芬顿试剂(H2O2/Fe3+/UV)液相氧化法脱硝,探讨了液相催化和类芬顿脱硝反应的机理及其关系.研究了H2O2浓度、[H2O2]/[Fe3+]、初始pH值、气体流量、紫外光和H2O2投加方式对NO去除率的影响.结果表明,脱硝效率随H2O2浓度增加而升高;H2O2浓度一定时,Fe3+浓度的增加有利于NO的脱除,[H2O2]/[Fe3+]=6时,脱硝效率最高;当初始pH值<3时,脱硝效率随pH值的升高而升高,当初始pH值>3时,pH值升高,脱硝效率下降,初始pH值为3时脱硝效果最好;NO去除率随气体流量的增加而下降;紫外光的照射能提高脱硝效率;分3次等量投加H2O2可以使脱硝效率维持在80%左右.

羟胺强化Fe(Ⅲ)-NTA/H_(2)O_(2)类芬顿体系降解磺胺甲恶唑

为改善传统芬顿法pH应用范围窄、铁泥产量大等缺陷,提出了一种新型Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/H_(2)O_(2)类芬顿体系用于降解水中新污染物磺胺甲恶唑(SMX)。考察了不同pH、Fe(Ⅲ)浓度对该体系降解SMX的影响,探究了SMX在该体系中的降解机理,并评估了该体系对其他有机污染物的降解效能。实验结果表明,Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/H_(2)O_(2)体系在中性或弱碱条件下对SMX的降解率可达85%以上,并且SMX的去除率随着Fe(Ⅲ)投加量的增加而增大。通过自由基淬灭实验,识别出HO•为体系中降解SMX的主要活性物种,并根据SMX的降解产物提出了SMX可能的三条降解途径:羟基化、氨基氧化和断键反应。相较于传统芬顿法,Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/H_(2)O_(2)体系的pH应用范围显著拓宽,铁泥产量明显减少,并且该体系也能有效降解罗丹明B、橙黄G、双氯芬酸、土霉素等其他有机污染物,说明该体系具有一定的应用潜力。

CuO/MIL(Cr,Cu)复合材料的制备及其类芬顿催化降解苯酚性能研究

采用水热煅烧法合成CuO/MIL(Cr,Cu)非均相类芬顿催化剂,对CuO/MIL(Cr,Cu)复合材料进行了XRD、FT-IR、SEM、XPS、BET等表征,结果表明CuO均匀分散在金属有机框架MIL(Cr,Cu)的表面。对不同催化剂催化降解苯酚的性能进行比较。结果表明,当催化剂用量为0.3 g/L,H2O2浓度为50 mmol/L,pH=6,初始底物浓度为30 mg/L时,CuO/MIL(Cr,Cu)复合材料对苯酚的降解效果可达100%,降解效果优于CuO、MIL-101(Cr)。通过自由基猝灭实验和EPR测试等证明·OH是催化体系主要的活性自由基,并给出其可能的催化降解机理。CuO/MIL(Cr,Cu)复合材料可在近中性条件下降解酚类污染物,具有良好的应用前景。

土壤类过氧化物酶活性对长期施肥的响应

为探究不同施肥处理对土壤类过氧化物酶活性的影响,以灰漠土和红壤长期定位试验站施肥处理土壤为研究对象,借助纳米矿物颗粒的类酶颜色反应原理,研究了不施肥(CK)、施用化肥(NPK)、施用化肥和有机肥(NPKM)和施用有机肥(M)土壤类过氧化物酶活性的变化。结果表明:与天然辣根过氧化物酶(HRP)相似,土壤也具有经典的催化颜色反应,灰漠土和红壤类过氧化物酶活性范围为0.4~1.0 U/kg。长期施肥显著改变了土壤类过氧化物酶活性,其中以M处理土壤类过氧化物酶活性为最高,可达0.7 U/kg,比CK处理增加了70%以上。不同施肥年限下,CK和NPK处理土壤类过氧化物酶活性并无显著差异,而M和NPKM处理土壤类过氧化物酶活性则随施肥时间线性增加(R^(2)=0.71,P<0.01)。高温灭菌处理后,土壤类过氧化物酶活性大多没有改变,表明其活性是土壤本身固有的氧化还原特性;但M处理红壤类过氧化物酶活性比CK和NPK处理红壤稳定性更高。皮尔森相关性分析表明,类过氧化物酶活性可能影响土壤可溶性矿质元素(如硅和镁)水平。因此,施肥措施可以通过改变土壤固有类过氧化物酶活性而影响养分周转。

非均相类Fenton试剂处理焦化废水的研究

将Fe3+负载在3种载体上制备出3种催化剂,并研究了它们催化H2O2产生羟基,对苯酚模拟废水的吸附降解效果,发现将Fe3+负载在活性炭上对模拟废水处理效果好。用自制的载铁活性炭催化双氧水降解苯酚废水,进行了正交试验和单因素试验,探讨了催化剂用量、双氧水浓度、pH等因素对废水的CODCr去除率的影响。研究结果表明:催化剂用量为1.5 g,H2O2质量分数为2%,pH为5时,载铁活性炭处理稀释后的焦化废水,CODCr去除率达到95%以上。

零价铁类Fenton试剂氧化降解废水中有机污染物的研究进展

综述了近年来国内外Fe0类Fenton试剂氧化反应降解废水中有机污染物的研究现状,介绍了Fe0-H2O2体系、紫外光-Fe0-H2O2体系和可见光-Fe0-H2O2体系处理有机污染物的机理、特点和效果,并对未来Fe0类Fenton试剂氧化反应体系处理有机污染物的发展前景进行了展望。

改性粉煤灰催化类Fenton试剂氧化法深度处理造纸废水

采用改性粉煤灰催化类Fenton试剂氧化法处理造纸废水,对COD去除率的各影响因素进行了研究。实验结果表明,在酸改性粉煤灰加入量为34 g/L、H2O2加入量为8.20 mmol/L、FeSO4加入量为8.8 mmol/L、反应时间为45 min、不调节pH的条件下,出水COD为56 mg/L,去除率可达76.45%。该法大大减少了运行费用,是一种有效的造纸废水深度处理方法。

非均相类Fenton试剂的制备及其在焦化废水处理中的应用研究

利用浸渍法,将Fe3+负载在经酸碱改性后的粉状活性炭上,当浸渍液浓度为2.5%,固化温度为270℃时,制成的催化剂催化活性较高。用自制的非均相类Fenton试剂降解焦化废水,通过正交试验和极差分析得出,影响因素的主次顺序为催化剂用量>初始pH值>反应时间>H2O2投加量。结果表明,在100 ml水样中,室温条件下,初始pH值为4.0,催化剂使用量为1.5 g,H2O2投加量为5 ml(分两次投加),反应时间为90 min时,COD去除率可达99%。采用混凝+化学沉淀+非均相类Fenton试剂法处理焦化废水,各主要出水水质指标为:色度10倍;COD浓度38.5 mg/L;氨氮浓度8.4 mg/L,达到国家一级排放标准。

三维铜配位聚合物类芬顿反应催化降解刚果红

一个三维铜配位聚合物,[Cu2(btec)(btx)1.5]n(H4btec=均苯四酸,btx=1,4-二(1,2,4-三氮唑-1-亚甲基)苯)可以作为类芬顿体系催化剂,降解偶氮染料刚果红,考察了初始pH、催化剂用量、H2O2的浓度、染料初始浓度及反应温度等因素对刚果红降解率的影响。结果表明在最佳条件下,刚果红溶液的降解效率接近100%。

偶氮类试剂与若干还原剂的化学反应

本文详细研究了偶氮类试剂与几种常见还原剂之间的化学反应。结果表明,Sn(Ⅱ)/HCl、Sn/HCl或Fe/HCl、Na_2S_2O_4可使偶氮类试剂分子中的“—N=N—”氮氮双键发生断裂,从而导致试剂褪色乃至无色。用薄层层析及红外光谱分析了试剂的还原产物一般为胺类,并且提出了偶氮类化合物受还原剂作用的机理为—电子转移过程。

多孔炭:一种在电芬顿与类芬顿反应中受青睐的材料

类芬顿反应,因其能够克服传统芬顿反应工作pH范围较窄,易产生大量铁泥的局限而受到了大量关注。尽管炭材料在无驱动力时,同过氧化氢的反应活性不佳,多孔炭材料在类芬顿反应中依然得到了广泛应用。在各种研究中,这些多孔炭材料扮演了多种不同角色,诸如吸附剂、金属材料载体、以及过氧化氢选择性电合成的催化剂。本综述中,讨论了近年里多孔材料在上述情况的研究进展。由于成熟的合成工艺,很高的化学及热稳定性以及多样的功能,多孔炭材料已成为一种应用广泛的材料。在类芬顿过程中,更是有助于电子与物质的转移,防止金属泄露,并较大地提升了反应效率。

生物炭在催化类芬顿反应降解有机污染物中的应用

生物炭作为一种低成本的环境功能材料,能够介导电子转移,进而催化类芬顿反应降解有机污染物。生物炭介导电子转移的能力(即氧化还原活性)与其所含持久性自由基、醌/氢醌、石墨化以及缺陷结构有关;生物炭能够直接活化H_(2)O_(2),但是产生·OH的效率较低;生物炭的高比表面积和孔结构有利于分散催化活性组分,作为催化剂载体可以显著提高类芬顿反应降解污染物的效率;此外,生物炭可以作为助催化剂加速类芬顿反应中的Fe/Fe循环、提高H_(2)O_(2)利用率,在仅需微量溶解铁的条件下实现污染物的高效快速降解。

类芬顿反应的催化剂、原理与机制研究进展

芬顿氧化法是高级氧化技术的一种,通过产生高活性的自由基降解水中有机污染物,在水处理领域受到广泛关注.近年来,针对芬顿反应的研究主要集中在开发高活性、高稳定性的非均相类芬顿催化剂.本文综述了近年来非均相芬顿催化领域的研究进展,分析了铁基、锰基、铜基、钴基等过渡金属及其氧化物,以及负载型催化剂的构造特点、催化机理和作用机制,探讨了过氧化氢和过硫酸盐的催化活化路径与方式,总结了非均相类芬顿催化体系实现高效降解有机污染物的机理与途径,以期为高效类芬顿催化剂的设计和应用提供科学依据.

Fe_(3)O_(4)@CF电极在非均相电芬顿系统中降解四环素

针对传统芬顿技术的工作pH范围较窄、增大pH值会明显降低四环素的去除率并导致二次污染的问题,采用溶剂热合成方法,将Fe_(3)O_(4)负载于碳毡(CF)电极表面,合成Fe_(3)O_(4)@CF复合电极.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、Fourier变换红外吸收光谱(FTIR)和电化学阻抗(EIS)对材料进行表征,研究其作为电极在非均相电辅助芬顿(EF)系统中对四环素的降解性能和机理,并进行循环实验.结果表明:Fe_(3)O_(4)@CF电极在非均相电辅助芬顿体系中对四环素的降解性能最好;在室温下,经过90 min,四环素初始质量浓度为20 mg/L,初始pH=3,两电极间距离为2 cm,外加电流为50 mA,在非均相电芬顿系统中Fe_(3)O_(4)@CF电极对四环素的去除率可达96.7%;Fe_(3)O_(4)@CF电极可重复利用性良好;在非均相电芬顿系统降解四环素的过程中,·OH起主要作用,·O_(2)^(-)起辅助作用.

碳包覆四氧化三铁类芬顿降解酸性橙的研究

采用溶剂热法制备出碳包覆四氧化三铁(C@Fe3O4)的新型磁性碳材料,利用透射电镜和X射线衍射对材料形貌进行了表征,将材料作为非均相类芬顿反应催化剂对酸性橙的降解进行了研究。结果表明便于磁性分离的C@Fe3O4材料对酸性橙具有较高的降解活性,当酸性橙浓度为1×10-4mol/L,催化剂投加量为0.4 g/L,H2O2浓度为3.5×10-3mol/L,反应时间为120min,p H=3的条件时降解率达到85%。随着温度的升高,酸性橙降解效率明显提高,并且可以在一定范围内克服p H的限制,扩大反应对p H的适用范围。

Fe_(3)O_(4)类芬顿试剂的制备与催化性能研究

废水处理问题一直围绕着我们,其中染料废水的处理尤为麻烦。染料废水酸度大、颜色重、难降解,但随着科技的发展,越来越多的技术被应用于废水治理,其中便包括此次试验研究的类芬顿试剂。首先,芬顿试剂是指Fe^(2+)与过氧化氢组成的体系溶液,该试剂具有强氧化性,广泛应用于废水降解,可适应各种废水处理;类芬顿试剂,即在芬顿试剂的基础上添加金属、增加光照、通电等或者利用氧化物得到的试剂。本文采用共沉淀法合成四氧化三铁,对产品进行红外光谱分析,验证合成的物质是否有四氧化三铁特征峰。用控制变量法采取正交实验验证不同条件(Fe_(3)O_(4)用量、H_(2)O_(2)用量、pH值、不同类别Fe_(3)O_(4))对亚甲基蓝的降解效果,测定吸光度,确定最佳催化条件。所得最佳条件:25 g/L Fe_(3)O_(4)、1.28 mol/L H_(2)O_(2)、pH值为1脱色率2 h达95%以上。Fe_(3)O_(4)可多次回收,并在最佳条件下对其进行寿命测定,共回收4次,第一次脱色率为96%,第四次脱色率在90%左右。

类芬顿试剂应用于地下水石油烃污染修复的实践

本文通过国内针对某机械加工厂地下水总石油烃污染的修复,设计了使用原位化学氧化法的实验室小试和现场中试的研究,对比了不同类型氧化剂的应用效果,探索了类芬顿试剂的不同配比对污染物的去除效果,及针对该场地的最佳使用条件。对今后的场地修复设计及实施具有一定的指导意义。

基于数字化传感器实验辅助可视化反应历程——以“过氧化氢催化分解反应历程”为例

反应历程是认识化学反应的微观视角。本研究借助催化剂参与反应导致反应历程发生改变而产生“特殊现象”这一事实。选用氯化铁催化过氧化氢分解实验,宏观上通过溶液颜色、气泡数目变化,微观上借助传感器设备检测温度、ORP数据变化。宏观现象和微观表征相结合将反应历程的存在和催化剂参与反应历程这一事实可视化呈现。同时结合Fe3+/H2O2类芬顿体系的反应机理,将该探究成果运用到真实课堂教学中。

铁铜钴-水凝胶非均相催化剂的制备及降解性能研究

芬顿反应因其操作方便、反应效率高在废水处理领域备受关注。本研究通过结合原位自由基共聚交联技术和浸泡法,合成铁铜钴-水凝胶非均相芬顿催化剂。它成功地克服了传统芬顿反应对废水pH值的苛刻要求及反应过程中产生污泥沉淀的问题。以表面活性剂(脂肪醇聚氧乙烯醚)作为目标污染物,在pH值为6.0~7.0的条件下,经过120min的处理,铁铜钴-水凝胶/过氧化氢体系对废水中的TOC和COD_(Cr)的去除率分别达到了89%和93%。这表明该体系成功地解决了传统芬顿反应中存在的pH值和沉淀问题,为非均相催化剂在废水处理领域提供了有益的参考。