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高级氧化-类芬顿催化氧化技术2

2、非均相类芬顿催化剂:非均相芬顿催化剂评价因素主要有3点:催化活性、稳定性以及H2O2利用率。催化活性与催化剂的活性位点暴露数量(比表面积)和活性位点附近电子传输速率有关。催化剂的比表面积越大,活性位暴露越多,越有利于电子在界面上传输。而催化剂的稳定性取决于活性中心价态转化的速率与其他原子成键强弱,一般可以通过制备方式的改变来调节催化剂的稳定性。H2O2的利用率主要与催化剂的活性中心有关。相较于单反应中心(单一催化位点),一般而言,双反应活性中心(多催化位点)更有利于吸附双氧水并作用于O-O键的断裂分解,从而提高双氧水的利用率,更有利有机物的断裂降解。

1)铁基催化剂:铁基催化剂是以多孔材料为载体,用固相的铁氧化物取代均相Fe2+,可以有效减少铁泥产生,并能扩展反应的最佳pH范围。为了进一步提高催化剂的催化效率,在产品生产过程中,通过复合或掺杂的手段改进铁氧化物的表面结构和活性位点的数量。一方面,掺杂的金属有助于分散Fe2+/Fe3+等活性金属位,使得污染物-H2O2-催化剂三者更容易在固液界面上接触反应;另一方面,掺杂的过渡金属可以与Fe(II)形成电势差,有利于电子在过渡金属和Fe(II)之间传递,从而加速电子转移和后续氧化反应的进行。复合或掺杂金属元素有Cu,Mn,Mo,Ni,Mg等。

                                       铁基催化剂

2)碳基催化剂:活性炭/生物炭一般具有较大的比表面积和较强的吸附能力,同时,离域化的sp2π-π结构可以富集电子并形成表面永久性自由基(PFRs),一方面,可以直接与有机污染物反应,使有机物断裂分解;另一方面,PFRs可作为电子的传导体促使H2O2裂解产生·OH,从而进一步使有机物矿化分解。查询文献发现,研究者们利用猪粪生物炭(SBC)可以有效激活H2O2产生强氧化性的自由基(·OH),同时SBC/H2O2体系也具有高效降解难生物降解的磺胺二甲基嘧啶的能力。通过研究发现,SBC上存在以氧为中心的持久性自由基(PFRs)或有一个相邻氧原子的以碳为中心的PFRs,其可以通过电子转移途径将电子转移给H2O2,从而激活H2O2产生·OH。同时,生物炭上的含电子基团(尤其是C=O)在催化反应中也起着重要的作用。肖鹤等人利用Fe2+和活性炭的协同作用催化H2O2产生·OH,在较广的pH范围内均可以高效降解亚甲基蓝,反应时间仅30min,亚甲基蓝的去除率高达91%。

 

发布时间:2024/4/6 0:05:16 查看:144次

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