锰系钙钛矿的制备及光催化性能研究

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近年来自然环境中酚类化合物所引起的环境问题及对人类与生物的可持续发展影响已引起人们的高度重视。环境中酚类化合物主要来源于有机化工生产,如大多数煤化工生产,会产生大量的含酚废水。高浓度的含酚废水通常采用生化法或化学法回收利用,它们是化工的高价值产品,对于低浓度的含酚废水,目前还未找到一种理想的处理方法。在众多关于含酚废水的处理方法中,光催化氧化法是目前研究较多的一项高级氧化技术,而稀土钙钛矿型复合氧化物在苯酚光催化降解中的具有一定的应用前景。本文从多角度分析研究了影响催化剂光催化活性的各种因素,并对催化剂的结构做了一定的掺杂改善,为制备比表面积更大催化活性更好的钙钛矿型复合氧化物奠定了基础,此外对制备的催化剂做了一系列的结构与性能的分析测试与表征。  1.A位掺杂的催化剂La0.9Ce0.1MnO3的制备及催化性能研究。采用固相法制备钙钛矿型La0.9Ce0.1MnO3催化剂,研究La0.9Ce0.1MnO3催化剂对10mg/L间苯二酚废水的降解效果,并用紫外灯光照处理,根据废水吸光度和间苯二酚降解率确定了优化反应条件。800℃制备的催化剂优化反应条件为:反应时间30min、催化剂用量0.1g/L、溶液pH为3.5,在此条件下间苯二酚降解率达到49.8%;900℃制备的催化剂优化反应条件为:反应时间40min、催化剂用量0.2g/L、溶液pH为5.5,在此条件下间苯二酚降解率达到45.6%。  2.催化降解反应条件对反应活性的影响。采用氨基乙酸法制备催化剂(La0.9Ce0.1MnO3),用X射线衍射(XRD)技术对所制备的催化剂进行表征。采用模拟含酚废水,以间苯二酚为污染物、紫外灯为光源,考察反应时间、溶液pH以及催化剂加入量对催化剂降解间苯二酚的影响。结果表明,随着反应时间的延长,间苯二酚的降解率逐步增大,最后趋于平稳;溶液pH在6.5左右,强酸强碱条件均不利于间苯二酚的降解;随着催化剂加入量的增大,间苯二酚的降解率也随之增大,但是当催化剂加入量达到0.2.mg/mL时,再提高催化剂加入量,对间苯二酚的降解率没有明显的影响。  3. LaMnO3的制备方法及其催化性能研究。采用柠檬酸法、氨基乙酸法、丙烯酰胺—氨基乙酸法三种较好较常用的方法制备了钙钛矿型LaMnO3催化剂,并进行了XRD、SEM、FT-IR等技术的表征,以10g/L的间苯二酚模拟废水为降解反应对象,在紫外灯的照射条件下催化降解间苯二酚。结果表明,三种方法所制备的LaMnO3均为钙钛矿结构,LaMnO3的平均粒径为27nm,晶胞参数a=0.389nm,晶格畸变率不是很大,三种方法制备的催化剂晶体基本均属于立方结构;柠檬酸法制备的催化剂降解率最高达到37.3%,氨基乙酸法制备的催化剂降解率最高达到46.3%,丙烯酰胺—氨基乙酸法制备的催化剂降解率最高达到31.3%。  4. B位掺杂对催化剂LaMnO3活性的影响。采用柠檬酸-硝酸盐燃烧法制备了一系列用Co掺杂B位的钙钛矿氧化物催化剂LaMn1-xCoxO3.并对所制备的催化剂做了XRD、BET、SEM表征,以钙钛矿氧化物光催化降解间苯二酚废水反应为探针反应,研究分析了Co的掺杂量对催化剂的光催化活性的影响。当掺杂量X=0.4时,催化剂LaCo0.4Mn0.6O3的光催化降解间苯二酚效果最好达65%,而未掺杂的LaMnO3降解率最低只有37%,而其它的催化剂降解活性随着掺杂量的不同都有明显程度的提高,说明B位掺杂确实对ABO3复合氧化物的活性有很大影响。
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