離子熱法合成Fe3O4磁性納米顆粒及在多相Fenton反應(yīng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著印染工業(yè)的迅猛發(fā)展，印染廢水已成為環(huán)境問(wèn)題中的一個(gè)重要課題。近年來(lái)，由于Fe3O4的類酶催化活性的發(fā)現(xiàn)，將其作為類Fenton高級(jí)氧化技術(shù)的催化劑用來(lái)處理印染廢水成為研究熱點(diǎn)。然而利用離子熱法合成具有較高催化性能且可多次循環(huán)利用的Fe3O4磁性納米顆粒鮮有報(bào)道。因此，本文首次利用離子熱氧化法成功合成了粒徑約10.4 nm的Fe3O4磁性納米顆粒，并以對(duì)羅丹明B溶液的催化降解性能為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)其合成條件及催化條件進(jìn)行了優(yōu)化。而后，在此

2、基礎(chǔ)上，利用離子熱法以Cu摻雜方式合成了具有更高催化降解性能的Cu-Fe3O4，研究了Cu的存在形態(tài)，并在催化過(guò)程中考慮了相關(guān)環(huán)境因子對(duì)降解過(guò)程的影響。研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)探索了不同堿源、鐵源在氯化膽堿/尿素低共熔混合物中的溶解性，對(duì)離子熱氧化法、離子熱共沉淀法、離子熱還原法三種不同離子熱法合成的Fe3O4磁性顆粒的配方進(jìn)行了優(yōu)化，分別使用XRD、SEM、VSM、FTIR、鐵含量分析等技術(shù)對(duì)產(chǎn)物的相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明

3、，80 oC時(shí)KOH在氯化膽堿/尿素組成的低共熔混合物中有較大的溶解度，可作為離子熱法合成Fe3O4的堿源；三種無(wú)機(jī)鐵化合物(FeSO4?7H2O、FeCl2?4H2O、FeCl3?6H2O)均可作為離子熱法合成Fe3O4的鐵源。離子熱還原法僅能制備出不規(guī)則的Fe3O4微米顆粒，而離子熱氧化法與離子熱共沉淀法均能制備出平均粒徑較小、飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度較大、剩磁與矯頑力較小的Fe3O4磁性納米顆粒，更有利于應(yīng)用于磁分離。
　　(2)對(duì)比離

4、子熱氧化法、離子熱共沉淀法、離子熱還原法、水熱氧化法、溶劑熱還原法五種不同方法制備的Fe3O4樣品對(duì)羅丹明B的催化降解效果，篩選出了具有最佳催化性能的Fe3O4樣品作為研究對(duì)象，考察了不同因素對(duì)其催化降解效果的影響，初步探討其催化降解機(jī)理，并研究其循環(huán)利用性能。結(jié)果表明，由離子熱氧化法所得的Fe3O4(記為OP-DES-Fe3O4)對(duì)羅丹明B具有最好的催化降解效果。在0.01 mmol/L羅丹明 B溶液中，加入40 mmol/L H2O

5、2、0.5 g/L OP-DES-Fe3O4，在55 oC、pH6.4的條件下預(yù)吸附15min后，經(jīng)過(guò)2 h催化降解脫色率達(dá)97.8％、反應(yīng)速率為0.0293 min-1、反應(yīng)活化能為52.25 kJ/mol、COD去除率為66.3%。Fe3O4對(duì)羅丹明B的降解主要通過(guò)催化H2O2分解生成?OH自由基，反應(yīng)速率與其表面活性位點(diǎn)成正比。同時(shí)，OP-DES-Fe3O4催化劑具有較好的重復(fù)使用性能，經(jīng)過(guò)6次催化循環(huán)后羅丹明B溶液的脫色率仍達(dá)9

6、8.8%,反應(yīng)速率為0.037 min-1。
　　(3)為了進(jìn)一步提高材料的催化降解性能，利用離子熱氧化法制備了 Cu摻雜Fe3O4磁性納米顆粒(Cu-Fe3O4)，并用XRD、VSM、XPS等技術(shù)表征了所得材料及Cu的存在形態(tài)，表明Cu-Fe3O4為純立方反尖晶石結(jié)構(gòu)，其中銅以二價(jià)銅(Cu2+)形式存在。考察了不同因素(Cu摻雜量、H2O2濃度、RhB濃度)對(duì) Cu-Fe3O4-2(2代表Fe/Cu的摩爾比為20:1)催化降解性

7、能的影響、Cu-Fe3O4-2的循環(huán)使用性能及其在實(shí)際土壤溶液中的應(yīng)用。在0.01 mmol/L羅丹明B溶液中，加入40 mmol/L H2O2、0.5 g/L Cu-Fe3O4-2，在室溫(25 oC)、pH6.4經(jīng)過(guò)2 h對(duì)RhB溶液的脫色率為95.2%，反應(yīng)速率為0.0247 min-1。Cu-Fe3O4-2具有較好的循環(huán)性，前4次循環(huán)降解脫色率均超過(guò)94%，且反應(yīng)速率高于0.0218 min-1。而在土壤體系中，Cu-Fe3O4