铈基催化剂上有机污染物的催化氧化的研究

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有机污染物造成的环境问题,包括大气污染、水污染,直接地影响着人类的身体健康和社会的可持续发展。所以,寻找一种高效降解大气或者水体中有机污染物的方法是目前环境治理方面一个重要的课题。  本文以二维(2D) CeO2以及Fe3+改性的CeO2为催化剂,分别对催化燃烧降解有机废气和催化双氧水氧化降解有机废水进行了探究,并且取得了一些创新性的成果,为开发具有工业应用价值的有机污染物的催化氧化技术提供参考。本文取得了如下主要的结果:  一、Fe-CeO2纳米片上1,2-二氯乙烷催化燃烧的研究  通过三种不同的制备方法(水热法,溶剂热法和低温共沉淀法)成功地合成了CeO2以及5%Fe掺杂的CeO2纳米片材料,并且通过1,2-二氯乙烷(DCE)低温催化燃烧的反应,对催化剂的性能进行了评估。采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),H2程序升温还原(H2-TPR),电子顺磁共振(EPR)和拉曼光谱(Raman)等多种表征手段证明了溶解热法制备出来的5Fe-CeO2催化剂具有最大的氧空位浓度和表面活性氧(O22-和O2-),同时,5Fe-CeO2-ST催化剂也呈现了最优的DCE降解活性以及最低的多氯副产物(PCHs)选择性。催化剂的活性和稳定性随着Fe含量的增加而增加,但是,当Fe的含量从15%增加到20%时,反应活性增加的并不是太明显。而且,当Fe的含量达到20%时,纳米片形貌完全消失,说明了片状形貌对反应活性有一定的影响。最后,我们也对溶剂热法制备出的Fe-CeO2纳米片进行了RuO2和VOx的负载,来进一步地提高催化剂的稳定性以及抑制多氯副产物的形成。  二、Fe-CeO2纳米片催化H2O2降解邻羟基苯甲酸的研究  通过溶剂热法制备出了不同Fe3+含量掺杂的二氧化铈纳米片,并且通过催化双氧水降解水杨酸(SA)的反应,对催化剂的性能进行了评估。采用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),H2程序升温还原(H2-TPR),电子顺磁共振(EPR),拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)等多种表征手段证明了2Fe-CeO2催化剂具有最大的表面氧空位浓度,同时,2Fe-CeO2催化剂也呈现了最优的SA降解活性。Fe-CeO2催化H2O2降解SA的活性受温度,初始pH,催化剂的用量以及双氧水浓度等条件的影响。拉曼光谱和电子顺磁共振(EPR)研究结果证实了催化剂与H2O2相互作用会产生表面过氧物种,这类表面过氧物种是从催化剂表面的Ce3+和H2O2的络合物衍生而来。DMPO自旋捕获自由基的EPR研究和液-质联用技术(LC-MS)检测中间产物实验表明超氧自由基(O2·-)或者氢过氧自由基(·OOH)在反应过程中起了很大的作用。反应过程中生成的小分子有机酸在表面活性位强烈的吸附明显地减小了催化剂的重复利用率,但是,通过二次焙烧的方法可以使催化剂的活性恢复。
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