铁锰双金属催化剂活化过硫酸盐去除水中偶氮染料和双酚A的研究

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本文采用两步水热法和共沉淀法制备了两种铁锰双金属催化剂,用于活化过硫酸盐(PS)分别处理水中的偶氮染料RBK5和内分泌干扰物双酚A(BPA)。确定两种铁锰双金属催化剂活化PS体系对两种难降解有机物的最佳降解条件,并研究了体系的催化机理。通过两步水热法制备了Fe3O4-α-MnO2,采用HRTEM、XRD、XPS等进行表征,催化剂呈纳米花状,结晶度高无杂质。考察了Fe3O4-α-MnO2/PS体系对RBK5和BPA的降解效率,在Fe3O4-α-MnO2投加量为1.2 g/L,PS的浓度为4.0mmol/L、初始pH为7.0的条件下,30 mg/L的RBK5在60 min内的降解效率可以达到91.0%;在PS的浓度为3.0 mmol/L的条件下,30 mg/L的BPA在90 min内的降解效率可达92.0%。淬灭实验结果证明了在Fe3O4-α-MnO2/PS体系中,SO4·-是起主要作用的活性自由基,Fe3O4-α-MnO2催化剂中表面-OH基团的存在,以及Mn3+可以将Fe3+还原为Fe2+,促进了过硫酸盐的活化,因此Fe3O4-α-MnO2表现出优异的催化活性。通过GC-MS测定BPA降解过程中的中间产物,推测了BPA可能的降解路径。采用共沉淀法制备了不同比例的Mn取代磁铁矿(FexMn3-xO4),其中Fe2.10Mn0.90O4活化PS表现出最高的催化活性。对Fe2.10Mn0.90O4进行了FESEM、XRD、XPS等表征,催化剂的尺寸约为200-400 nm分散性好。考察了Fe2.10Mn0.90O4/PS体系对RBK5和BPA的降解效率,在Fe2.10Mn0.90O4投加量为1.2 g/L,PS的浓度为0.4 mmol/L,初始pH为7.0的条件下,30 mg/L的RBK5的降解效率在40 min内达到92.5%;PS的浓度为0.5 mmol/L的条件下,30 mg/L的BPA的降解效率在40 min内达到93.3%。淬灭实验结果证明了在Fe2.10Mn0.90O4/PS体系中,SO4·-是起主要作用的活性自由基。通过XPS分析表明,Mn3+不仅可以活化PS,也可以促进Fe3+的还原生成Fe2+,而Fe2+的存在又可将Mn3+还原为Mn2+,从而促进了Fe2+/Fe3+,Mn2+/Mn3+/Mn4+的循环,提高了PS的活化效率。通过GC-MS测定Fe2.10Mn0.90O4/PS体系中BPA降解过程中的中间产物,推测了BPA可能的降解路径。两种体系对两种不同结构的有机物均有很好的降解效率,对非对称结构的有机物的降解效率略优于对称结构的有机物。由于多出了Mn2+/Mn3+/Mn4+的循环,使得Fe2.10Mn0.90O4/PS体系对RBK5和BPA的降解效率优于Fe3O4-α-MnO2/PS体系,所需氧化剂的量少并且反应时间短。
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