碳纳米管负载Fe_0.1Ce_0.9OOH催化臭氧氧化邻苯二甲酸二甲酯

【作者】 白智勇； 初里冰； 王建龙；

【机构】 清华大学核能与新能源技术研究院先进核能技术协同创新中心； 中国地质大学(北京)水资源与环境学院；

【摘要】 邻苯二甲酸酯类化合物由于其结构稳定,常规的生物处理工艺对其的处理效率较低,开发更加有效的去除技术是水处理研究领域的难点。臭氧被大量应用于降解水体存在的难降解类有机污染物,然而由于臭氧分子氧化有机物有一定的选择性,非均相催化臭氧氧化近年来得到了广泛的关注,高效催化剂的开发是该方向的研究重点[1]。羟基铁以丰富的表面羟基密度被较早的用于催化臭氧氧化的研究,铈氧化物以其独有的氧交换能力也被广泛的应用于催化领域,近年来碳纳米管（CNTs）以其较大的比表面和丰富的表面官能团常被用来作为催化剂的载体[2]。然而结合三者的优点于一体的催化剂尚未见报道。本文采用同晶替代法制备了Fe_0.1Ce_0.9OOH,并将其成功负载与氧化过的碳纳米管上。通过X射线衍射,红外光谱以及电镜技术对催化剂进行了表征。选取邻苯二甲酸二甲酯为目标污染物,采用非均相催化臭氧氧化体系对其进行氧化降解。考察了其降解过程及影响因素,研究了降解反应动力学特性,探讨了催化臭氧氧化的机理。主要结论如下:1)制备的Fe_0.1Ce_0.9OOH/CNTs复合物表征结果显示该催化剂保持了针铁矿的针状结构（图1）;该催化剂拥有较大的比表面积;另外由于碳纳米管的引入,该催化剂表面拥有了丰富的含氧官能团;2)Fe_0.1Ce_0.9OOH/MWCNTs与臭氧体系能快速有效地氧化降解邻苯二甲酸二甲酯,经过30min的反应,催化臭氧氧化的矿化度比单独臭氧氧化提高了近20%。在实验考察范围内,其比例为1:3时拥有最高的催化活性,。影响因素试验表明催化剂用量越高,臭氧剂量越大,邻苯二甲酸二甲酯的降解和矿化速率越快。邻苯二甲酸二甲酯的降解速率随着溶液p H的增加呈现先增大后下降的趋势,在中性的时候趋于最大值;3)通过考察自由基消除剂的影响证明了该催化剂催化臭氧氧化的主要机理为羟基自由基的产生,这与催化剂表面存在丰富的羟基有关;4)通过连续实验证明,该催化剂保持较强的稳定性,连续使用中保持了较高的活性,但是较难从水中分离出来是需要继续研究的一个方向更多还原