摻雜型尖晶石催化單過硫酸鹽去除水中雙酚A的研究.pdf

1、本文以蛋清和金屬鹽為原料，用溶膠-凝膠法在500℃的條件下制備了尖晶石鐵氧體催化劑。將性能最優(yōu)的催化劑用于催化單過硫酸鹽去除水中的雙酚A。探索了不同金屬元素對不同A位的尖晶石催化劑摻雜的可行性，Co摻雜的CoxNi(1-x)Fe2O4具有最優(yōu)的單過硫酸鹽催化性能。
　　采用了SEM，EDS，BET，XRD，XPS，VSM和TPR等表征方法對CoxNi(1-x)Fe2O4(x=0,0.05,0.2,0.5)的表面形貌、結(jié)構(gòu)特性和元素

2、性質(zhì)等進(jìn)行分析。結(jié)果表明，四種催化劑都是海綿狀的多孔材料，是純相的尖晶石鐵氧體，并且具有很好的磁性。經(jīng)過 XPS分析可知，Co摻雜會影響鐵氧體中的各元素，包括晶格氧的含量，Ni2+的含量和Co2+在晶格內(nèi)的位置分布。而且還發(fā)現(xiàn)晶格中的Ni2+含量與催化性能成線性關(guān)系。TPR實(shí)驗(yàn)表明，Co的摻雜有利于增加催化劑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
　　在不同Co摻雜的催化劑中，Co0.2Ni0.8Fe2O4的催化性能最好，催化劑投量為0.1 g/L，過硫

3、酸鹽濃度為0.04 mmol/L，BPA濃度為10μmol/L，pH為中性時，反應(yīng)30 min的BPA的降解去除率約為70％。研究了Co0.2Ni0.8Fe2O4的單因素影響實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，催化劑投量的增加，PMS濃度的增加，BPA的濃度的降低，溶液初始pH值的增加，溫度的增加均有利于提高催化性能。溶液中的Na+，K+，Mg2+和Ca2+陽離子有利于催化性能的提高，但是提高的幅度較小，最高為5.9%。而不同的陰離子對反應(yīng)有不同的影響，1

4、 mmol/L的SO42-和NO3-對催化反應(yīng)起抑制作用，同濃度的HCO3-和Cl-對催化反應(yīng)起促進(jìn)作用。通過溶出離子的實(shí)驗(yàn)確定了催化實(shí)驗(yàn)是屬于非均相催化，溶出離子對實(shí)驗(yàn)有一定的影響。
　　通過測定，Co0.2Ni0.8Fe2O4的表面路易斯酸點(diǎn)位的含量為1.55 mmol/g，這說明了Co0.2Ni0.8Fe2O4有表面羥基化的能力。磷酸鹽會影響催化劑形成表面羥基，在濃度為50 mmol/L時，BPA的去除率僅有21.8%。通過

5、甲醇和叔丁醇對催化實(shí)驗(yàn)的影響，確定了催化是自由基理論，并且在初始溶液為中性的條件下，存在的自由基主要是 SO4·-。通過反應(yīng)前后催化劑的XRD和XPS分析，知道反應(yīng)后催化劑的結(jié)構(gòu)依然保持完整。反應(yīng)后的催化劑中的Fehe和Co沒有價態(tài)的變化，但Co2+在晶格的分布發(fā)生了變化，同時晶格氧和Ni2+的含量減少。Ni2+是反應(yīng)中的主要物種，催化后Ni2+含量降低，通過反應(yīng)后Ni2+含量計(jì)算的去除率與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不大，誤差為2.3%。通過以上

6、分析，推理出Co0.2Ni0.8Fe2O4催化PMS降解BPA的反應(yīng)機(jī)理。Co0.2Ni0.8Fe2O4的表面路易斯酸點(diǎn)位吸附并電離水中的H2O分子形成表面羥基，PMS電離的HSO5-和表面羥基形成一個表面絡(luò)合物；尖晶石鐵氧體催化劑中的Ni2+給出電子，傳遞到表面，使得HSO5-中的O-O鍵斷裂，生成SO4·-，SO4·-被擴(kuò)散到溶液中降解BPA；生成的Ni3+部分通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化為Ni2+，晶格氧參與氧化還原反應(yīng)，平衡晶格內(nèi)部電荷。