研究目的
研究纯立方相β-Fe2O3作为光芬顿反应催化剂降解多种有机污染物的应用,重点关注其效率、机理及中间产物。
研究成果
β-Fe2O3是一种高效、低成本且无毒的光芬顿反应催化剂,能在可见光下降解多种有机污染物。羟基自由基是主要活性物种,苯酚的降解途径包括羟基化生成中间体,最终矿化为CO2和H2O。该体系具有良好的稳定性和可重复使用性,具有实际废水处理应用的潜力。
研究不足
该研究在工业应用的可扩展性方面可能存在局限,长期使用中催化剂稳定性可能面临问题,且需要控制pH值(初始pH约为4,但未始终调节)。铁溶出量极小但仍需监测。所使用的特定污染物可能无法代表所有有机污染物。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用β-Fe2O3作为催化剂,在可见光照射下构建光-Fenton反应体系降解有机染料和苯酚。其原理是利用β-Fe2O3的可见光吸收特性和催化性能高效产生羟基自由基。
2:样品选择与数据来源:
有机污染物包括罗丹明B(RhB)、甲基橙(MO)、茜素红(AR)和苯酚(染料浓度为20 mg/L,苯酚为3 mg/L)。催化剂为实验室自制,溶液均采用去离子水配制。
3:实验设备与材料清单:
设备包含配备300W氙灯(光源波长λ>420nm)的光反应器、Rigaku Ultima III X射线衍射仪(XRD)、HITACHI S3400 N II扫描电镜(形貌分析)、Micromeritics ASAP 2020比表面积分析仪(BET)、NEXUS870傅里叶红外光谱仪、VARIAN CARY Eclipse荧光光谱仪(PL)、Horiba Scientific荧光寿命光谱仪(TR-PL)、ULVAC-PHI 5000 Versa Probe X射线光电子能谱仪(XPS)、岛津UV-2550紫外-可见分光光度计、岛津TOC-L总有机碳分析仪、日立180-80原子吸收光谱仪(铁含量测定)以及配备Agilent DB-17MS色谱柱的Waters SQD2液质联用仪(中间产物分析)。材料包括Fe2(SO4)3、Na2SO4、NaCl、H2O2、染料、苯酚和叔丁醇。
4:Na2SONaCl、H2O染料、苯酚和叔丁醇。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:β-Fe2O3合成过程包括溶解Fe2(SO4)3和Na2SO4、蒸发、与NaCl球磨混合、450°C煅烧及洗涤。光-Fenton实验通过搅拌催化剂、污染物溶液和H2O2达到吸附-解吸平衡后进行可见光照射,间隔取样分析降解效率。苯酚降解过程中采用LC-MS鉴定中间产物,并通过大肠杆菌生长实验评估毒性。
5:蒸发、与NaCl球磨混合、450°C煅烧及洗涤。光-Fenton实验通过搅拌催化剂、污染物溶液和H2O2达到吸附-解吸平衡后进行可见光照射,间隔取样分析降解效率。苯酚降解过程中采用LC-MS鉴定中间产物,并通过大肠杆菌生长实验评估毒性。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:降解效率计算公式为[(C0-C)/C0]×100%,动力学速率常数采用准一级动力学确定,羟基自由基产生通过邻苯二甲酸和PL光谱验证,中间产物通过LC-MS质谱鉴定。
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X-ray diffractometer
Ultima III
Rigaku
Investigate crystal phases of samples
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Scanning electron microscope
S3400 N II
HITACHI
Identify surface morphology of samples
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UV-vis spectrophotometer
UV-2550
Shimadzu
Study optical properties
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TOC analyzer
TOC-L
Shimadzu
Detect mineralization rate of RhB solution
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Atomic absorption spectrometer
180-80
Hitachi
Detect total iron content of solution
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Surface area analyzer
ASAP 2020
Micromeritics
Measure specific surface area from N2 isotherm adsorption branch
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FT-IR spectrometer
NEXUS870
Obtain Fourier transform infrared spectra
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Fluorescence spectrometer
CARY Eclipse
VARIAN
Employ photoluminescence spectra
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Fluorescence spectrometer
Fluorescence-3
Horiba Scientific
Detect time-resolved photoluminescence decay spectra
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XPS
PHI 5000 Versa Probe
ULVAC-PHI
Determine surface chemical state
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LC-MS
SQD2
Waters
Measure concentration and identify intermediates in phenol degradation
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Xenon lamp
300 W
Serve as light source for photo-Fenton reaction
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