羟基铁铝柱撑膨润土异相光Fenton催化降解偶氮胭脂红B的研究

摘要

为了解决均相Fenton反应和均相光助Fenton中铁离子难以与反应介质分离、易造成二次污染等缺点以及传统实验方法耗时、成本高和不能评估影响因素之间交互作用等问题，本论文制备了具有高活性的异相光助Fenton催化剂以实现对偶氮胭脂红B（ACB）为代表的染料废水的处理，并采用响应曲面分析法(RSM)优化其影响因素，取得了一些有价值的研究成果：
　　1.采用阳离子交换法制备了羟基铁铝柱撑膨润土(H-Fe-Al-B)催化剂, XRD、XRF、XPS结果显示羟基铁铝离子被成功交换到层间；UV-Vis显示H-Fe-Al-B对整个紫外及可见光区域的光波都具有明显的吸收性能；BET显示H-Fe-Al-B具有较大的比表面积和孔隙率。
　　2.H-Fe-Al-B在紫外光下具有较高的催化性能。采用箱线图设计(BBD)对UV-Fenton过程的影响因素pH、初始H2O2浓度、初始 ACB浓度进行优化。结果显示最优的实验条件为初始ACB浓度为143.7mg/L、初始H2O2浓度为17.7mM、pH为4.2，此时预测的ACB脱色率为99.6％，实验值为99.5%。
　　3.H-Fe-Al-B在可见光下具有较高的催化性能。采用BBD设计对光助 Fenton过程的影响因素pH、初始H2O2浓度、初始ACB浓度、催化剂剂量进行优化。结果显示最优的实验条件为初始 ACB浓度为80 mg/L、初始 H2O2浓度为20mM、pH为3、催化剂剂量为0.6g/L，此时预测的ACB脱色率为99.5%，TOC去除率为73.2%，实验值分别为99.5%和73.2%。
　　4.通过UV-Vis扫描图谱、高斯计算以及气质联用等手段对ACB的光降解机理进行了分析。首先 ACB被吸附于催化剂表面，再在自由基的攻击下-N=C-双键发生断裂，然后被氧化生成取代基苯和取代基萘等中间产物，随着进一步的氧化，芳香环逐渐被打开，形成乙酸、乙醛、草酸等小分子物质，最终这些小分子物质被完全氧化成二氧化碳和水。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 均相Fenton反应和异相Fenton反应

1.2 粘土催化剂载体

1.3 响应曲面分析法的概述

1.4 论文研究目的及思路

第2章 催化剂的制备、表征与催化活性评估

2.1 实验仪器及试剂

2.2 催化剂的制备与表征

2.3 实验设计与分析方法

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第3章 H-Fe-Al-B异相紫外光助Fenton降解偶氮胭脂红B的条件优化

3.1 实验设计与分析方法

3.2 实验结果与讨论

3.3 本章小结

第4章 H-Fe-Al-B异相可见光助Fenton降解偶氮胭脂红B的条件优化

3.1 实验设计与分析方法

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第5章 H-Fe-Al-B异相光助Fenton催化降解偶氮胭脂红B的机理探讨

5.1 H-Fe-Al-B异相光助Fenton催化降解ACB动力学研究

5.2 H-Fe-Al-B异相光助Fenton催化降解ACB的中间产物分析

5.3 本章小结

第6章 结论、创新点与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间完成的学术论文和参与的科研项目