纳米铁基材料的制备及其催化降解有害污染物机理的研究
随着工业的发展,环境污染日益严重,水资源的安全也受到了严重威胁,对水环境污染的控制和处理已成为当前研究热点。

基于活性自由基反应的高级氧化技术被广泛应用于水处理领域。

铁基材料稳定性好且廉价易得,作为催化剂应用前景广阔。

本文制备了5种不同形貌的纳米氧化铁,研究其催化降解盐酸四环素的过程及机理;利用化学气相沉积法制备了三维结构的Fe@GNS/GF复合材料,并对其结构进行表征,探讨了Fe@GNS/GF复合材料催化降解刚果红和甲基紫的过程。

本论文主要内容如下:（1）采用沉淀法制备了5种不同形貌的纳米氧化铁,分别为片状、棒状、木瓜状、立方状、球状结构。

利用扫描电子显微镜、X射线衍射、比表面积分析对5种不同相貌纳米氧化铁进行了表征。

这5种纳米氧化铁尺寸均一、比表面积接近。

以盐酸四环素为目标污染物研究其催化活性。

自由基清除实验和ESR分析表明反应过程中羟基自由基和超氧自由基同时发挥氧化作用。

研究表明:纳米氧化铁形貌是影响催化活性的关键因素之一。

（2）以棒状纳米Fe₂O₃为催化剂,在
Fe₂O₃/H₂O₂非均相芬顿体系下降解盐酸四环素,并考察了双氧水浓度、催化剂投加量、pH、反应温度对降解过程的影响。

分析降解过程中间产物,推断出了盐酸四环素降解途径。

动力学分析和热力学分析表明:降解过程符合二级动力学模型,反应活化能为53.37 kJ/mol。

催化剂多次循环使用和铁离子渗出实验表明,催化剂具有良好的稳定性。

（3）对5种不同相貌的纳米氧化铁光催化活性进行了研究,表明形貌影响纳米氧化铁的光催化活性。

考察了底物浓度、pH对光催化过程的影响。

分析降解过程中间产物,推断出了盐酸四环素光催化降解途径。

动力学分析表明:光催化降解过程符合一级动力学模型。

催化剂循环使用三次后活性有所降低。

通过自由基清除实验和ESR分析表明:除空穴电子外,羟基自由基和超氧自由基在光催化反应过程中也发挥了氧化作用。

（4）采用化学气相沉积法制备了三维结构的Fe@GNS/GF复合材料,并使用XRD、FESEM、XPS、BET对复合材料进行了表征。

以刚果红和甲基紫为目标污染物,研究了复合材料的吸附和催化性能。

使用Fe@GNS/GF复合材料,通过吸附和催化降解联合处理模拟有机废水,模
拟废水COD值由590 mg/L降至12 mg/L。

Fe@GNS/GF复合材料对刚果红和甲基紫的饱和吸附量分别为177 mg/g、142 mg/g。

使用一级动力学模型对降解过程进行分析,得到一级速率常数分别为
0.0563和0.0464 min^-1。

5次循环实验表明,复合材料吸附和催化
有可循环性和稳定性。