海藻酸异金属催化剂的制备及其在偶氮染料降解中的应用

摘要

为了克服均相光Fenton反应在处理实际废水的过程中存在局限性，如pH值的应用范围较窄(2-5)，催化剂易流失且造成二次污染等。本论文选用两种金属离子与海藻酸钠进行配位制备海藻酸异金属非均相光Fenton反应催化剂。一种是海藻酸钙一铁微球型催化剂(简称为FeCaA类催化剂)，它是将海藻酸钠先与氯化钙反应得到海藻酸钙微球(CaA)，再使CaA与氯化铁反应制得的；另一种是海藻酸铁.铜微球型催化剂(简称为CuFeA类催化剂)，它是使海藻酸钠同时与氯化铁和硫酸铜反应得到的。在对两类催化剂的质量以及直径进行测定的基础上，对其表面Fe3+和Cu2+的含量进行了分析，然后使用环境扫描电镜(ESEM)和傅立叶红外光谱(FT-IR)对其表面形貌进行表征，并考察了其催化活性及其机械稳定性。在光辐射和过氧化氢存在的条件下，将FeCaA类催化剂分别应用于活性红195和酸性黑234的氧化降解反应中，研究了催化剂表面Fe3+含量、催化剂用量、辐射光强度、过氧化氧浓度、染料浓度和pH值等因素对染料脱色率的影响以及其与染料降解反应速率常数之间的关系，并考察了催化剂的重复利用性能，最后借助紫外—可见光谱(UV-VIS)和总有机碳(TOC)测定分析了染料的降解过程。
　　 结果表明，在pH为5.5-6条件下，增大氯化铁浓度以及延长反应时间都有利于FeCaA类催化剂表面Fe3+含量的增加，且温度升高有利于反应的进行，但反应对温度的依赖性不大。ESEM和FT-IR分析表明，在两类催化剂的表面，海藻酸钠分子的羟基和羧基与金属离子发生配位反应，使Fe3+固定在催化剂表面。在辐射光和过氧化氢存在的条件下，FeCaA类催化剂的加入使两种染料的氧化降解反应速度明显加快，并且催化剂表面Fe3+含量越高，其催化活性越高；催化剂用量的增加和辐射光的增强都可以提高染料的脱色率；适当的过氧化氢的用量可以促进染料的降解反应；染料的浓度越高，其脱色率越低；且CuFeA类催化剂在碱性条件下仍表现出较高的催化活性。两种染料的非均相降解反应可以用假一级动力学反应模型来描述，并且催化剂用量、催化剂表面Fe3+含量及辐射光强度增加有利于提高染料的降解反应速牢常数，而增大染料浓度则会使染料降解反应速率常数降低；另外，活性红195的降解反应也符合Langmuir-Himshelwood动力学模型。FeCaA类催化剂不仅可使染料发生降解反应，而且能使其偶氮键与芳香环结构遭到破坏，并进一步矿化为二氧化碳和水等无机小分子。

目录

文摘

英文文摘

声明

学位论文的主要创新点

第一章 前言

1.1 我国印染废水现状

1.2 印染废水的处理方法

1.2.1 Fenton和类Fenton氧化法

1.2.2 非均相Fenton氧化法

1.3 本课题组前期研究工作

1.4 问题的提出

1.5 海藻酸钠

1.5.1 海藻酸的结构与性能

1.5.2 海藻酸钠的物化性能

1.6 本课题主要内容

1.7 本课题创新之处

1.8 本课题的目的和意义

1.8.1 研究目的

1.8.2 课题意义

第二章 实验部分

2.1 试剂与仪器

2.1.1 药品试剂

2.1.2 染料

2.1.3 实验仪器

2.2 实验方法

2.2.1 催化剂的制备方法

2.2.2 催化剂微球的表征方法

2.2.3 染料脱色降解方法

2.3 染料降解反应分析方法

2.3.1 动力学反应常数的测定

2.3.2 紫外可见(UV-VIS)光谱分析

2.3.3 总有机碳(TOC)分析

2.4 催化剂重复利用方法

第三章 结果与讨论

第一部分 海藻酸钙-铁微球型催化剂的制备及其应用

3.1 FeCaA类微球型催化剂的制备

3.2 FeCaA类微球型催化剂的表征

3.3 FeCaA类微球型催化剂的应用

3.4. 染料脱色反应过程分析

3.5 FeCaA类微球型催化剂的重复利用

第二部分 海藻酸铁-铜微球型催化剂的制备及其应用

3.6 CuFeA类微球型催化剂的制备与表征

3.7 CuFeA类微球型催化剂在碱性条件下的应用

第四章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况

附 录

致 谢