制备条件对Mo/LDHs催化降解阳离子兰的影响及机理

摘要

随着经济的发展，染料已被广泛应用于各个领域，其产生的废水因成分复杂、浓度高、难生物降解等特性而受到人们的关注。湿式催化氧化法因其能有效地降解高浓度有机染料废水而成为研究的热点。为了克服湿式催化氧化法中反应条件苛刻的问题，本文制备能在常温常压下湿式催化氧化降解染料废水的Mo/LDHs催化剂，并考察载体水滑石(LDHs）制备方法和浸渍过程中 pH对Mo/LDHs催化剂的结构和降解阳离子兰 X-BL染料废水的影响；运用响应曲面法优化湿式催化氧化过程的影响因素，初步探讨湿式催化氧化反应的机理。本文取得以下研究成果：
　　（1）选用沉淀法、水热合成法、溶胶凝胶法和尿素法四种方法制备出不同的 LDHs载体，然后采用浸渍法负载活性组分 Mo，制备出一系列 Mo/LDHs催化剂，采用BET、XRD、Zeta电位、XPS、TG-DSC和 TEM等表征手段研究载体 LDHs制备方法对催化剂结构的影响，用湿式催化氧化降解阳离子兰 X-BL染料废水来考察载体 LDHs制备方法对催化剂活性的影响。结果表明，载体LDHs制备方法为沉淀法和水热合成法时，催化剂对阳离子兰 X-BL的脱色率分别可达84.23％和84.83％，TOC去除率分别为73.85％和70.98％；此时，这两种催化剂的比表面积分别为2.806 m2/g和3.908 m2/g；Mo主要以 Na2MoO4、Na2Mo2O7和 MoO3晶体形态存在；Zeta电位较低并且 Mo高度分散。
　　（2）采用沉淀法制备出 LDHs载体，调节浸渍过程中的 pH值，分别达到4、5、6、7、8、9，制备出一系列 Mo/LDHs催化剂。运用 Medusa软件、UV-vis、XRD、FT-IR、BET和 XPS等表征手段研究浸渍过程中 pH对催化剂结构的影响。结果表明，当浸渍过程中 pH为7时，阳离子兰 X-BL的脱色率和 TOC去除率分别可达94.6％和86.7％，具有较高的催化活性。通过分析表明浸渍过程中 pH影响溶液中 Mo元素的存在形态，当浸渍液 pH<4时，Mo元素主要以H2MoO4沉淀形式存在；浸渍液 pH在4-8之间时，Mo元素以钼酸盐混合物的形态存在；浸渍液 pH>9时，Na2MoO4为 Mo元素的主要存在形态。浸渍过程中 pH=7时，制备出的催化剂中仅含有正六价四面体 Mo，其晶体组成主要为Na2MoO4、Na2Mo4O13和Na2Mo2O7三种钼酸盐的混合物。
　　（3）以阳离子兰 X-BL为处理对象，初步探讨 Mo/LDHs催化剂的湿式催化氧化机理。采用响应曲面法对湿式催化氧化实验条件进行优化，运用筛选试验设计对反应过程中温度、pH、曝气量、染料初始浓度、催化剂投加量5个因素进行筛选。结果表明，反应 pH、染料初始浓度和催化剂投加量三个因素对阳离子兰 X-BL的降解具有重要影响。在此基础上运用中心组合设计对这三个影响因素进行优化，在实验范围内最佳的操作条件为：反应 pH为5，染料浓度为100 mg/L，催化剂投加量为1 g/L。此时阳离子兰X-BL的脱色率可达99.56％。同时对常温常压下 Mo/LDHs湿式催化氧化降解阳离子兰染料的动力学进行研究。结果表明，该体系反应速率常数 K为-44.98?10，反应活化能△E为-191.60 J/mol。

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第1章 前言

1.1 染料的来源与处理方法

1.2 高级氧化技术

1.3 催化剂的组成及其制备过程影响因素

1.4 本论文的研究目的及主要内容

第2章 实验材料和实验方法

2.1 实验试剂与仪器

2.2 催化剂表征

2.3 催化性能评价

第3章 载体LDHs制备方法对Mo/LDHs催化降解阳离子兰的影响

3.1 催化剂的制备

3.2 载体LDHs制备方法对Mo/LDHs催化剂结构的影响

3.3 载体LDHs制备方法对Mo/LDHs催化活性的影响

3.4 活性组分Mo的浸出和催化剂的重复利用

3.5 本章小结

第4章 浸渍过程中pH对Mo/LDHs催化降解阳离子兰的影响

4.1 催化剂的制备

4.2 浸渍过程中pH对Mo/LDHs催化剂结构的影响

4.3 浸渍过程中pH对Mo/LDHs催化活性的影响

4.4 活性组分Mo的浸出和催化剂的重复利用

4.5 本章小结

第5章 Mo/LDHs催化剂湿式催化氧化阳离子兰X-BL机理初探

5.1 湿式催化氧化过程影响因素的优化

5.2 Mo/LDHs催化剂湿式催化氧化阳离子兰动力学研究

5.3 自由基检测

5.4 降解产物红外分析

5.5 本章小结

第6章 研究结论、创新点及展望

6.1 研究结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的学术论文与参加的研究项目