关键词：高级氧化;锰氧八面体分子筛;酸性橙7;过硫酸氢盐;四氧化三铁
摘 要：氧化锰八面体分子筛(OMS-2)因晶格中存在Mn~(2+)、Mn~(3+)和Mn~(4+),具有温和的表面酸性和良好的氧化还原性,成为科研工作者一个新的研究热点。基于硫酸根自由基的新型高级氧化技术作为一项绿色、经济、简单、应用广的水处理技术,但目前还存在成本高、催化剂效率较低和金属组分易流失等缺陷。因此探索OMS-2作为新型催化剂用于活化过硫酸盐降解废水具有重要意义。本论文分别利用加热回流法和无溶剂法制备了OMS-2和磁性Fe_3O_4@OMS-2催化剂,采用X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、N2吸附/脱附等温线、X射线光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振(ESR)等技术对催化剂进行表征分析来确定其结构。再以过一硫酸氢盐(PMS)为氧化剂,辅以可见光(Vis)的作用,构建了OMS-2/PMS、OMS-2/PMS/Vis和Fe_3O_4@OMS-2/PMS三种催化体系,并分别研究了这些体系降解酸性橙7(AO7)的效果、降解中间产物、动力学、催化剂稳定性以及反应机理,得出以下主要结论:(1)在OMS-2/PMS催化体系中,OMS-2和PMS对于染料废水的降解缺一不可。该体系可在15min内可完全去除AO7和其他染料。增大染料浓度、催化剂量和PMS浓度可促进染料的降解;但随着溶液p H值增大去除效率降低。五次重复后的OMS-2依然具有很好的催化性能。自由基抑制性实验证明催化剂活化PMS时产生的硫酸根自由基为该体系的主要活性物种。XPS和ESR结果表示催化机理可能涉及到在PMS中Mn(Ⅳ)离子的还原和Mn(Ⅲ)离子的氧化。基于电喷雾质谱的分析还提出了OMS-2/PMS体系降解AO7的降解途径。(2)与OMS-2/PMS体系相比,OMS/PMS/Vis体系具有更高的AO7和中间产物的降解率。ESR和XPS分析可得,OMS-2/PMS/Vis体系的催化过程涉及Mn(Ⅳ)/Mn(Ⅲ)和Mn(Ⅲ)/Mn(II)的氧化还原;而OMS-2/PMS体系仅发生在Mn(Ⅳ)和Mn(Ⅲ)之间。(3)通过无溶剂法将OMS-2负载于Fe_3O_4上生成核壳式磁性纳米催化材料具有251m2/g的高表面积和高顺磁性,同时表现出活化PMS降解有机染料的高催化活性。使用外部磁场分离反应后的催化剂后具有相当高的活性,重复使用十次去除率依然可以达到85%,是一种高效,稳定性强,回收利用率高的催化材料。
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