納米雙金屬?gòu)?fù)合氧化物催化臭氧的效能及機(jī)理研究

本項(xiàng)目利用鐵、錳、鈷、鋅等過渡金屬進(jìn)行制備篩選納米雙金屬?gòu)?fù)合氧化物，其中，鐵鎳、鐵錳、錳鎳、鈷錳、鈷鋅、鎳鈷雙金屬氧化物都在一定的金屬比例和制備條件下，顯示出了優(yōu)越的催化性能：在Fe、Ni元素比例為1：4時(shí)，鐵鎳雙金屬催化劑的存在能夠有效提升O3的分解率，從而提高羥基自由基的產(chǎn)生速度，對(duì)鄰苯二甲酸二甲酯（DMP）的10min降解效果達(dá)到了86%。在Co、Mn元素比例為2：1時(shí)，鈷錳雙金屬氧化物催化過一硫酸氫鉀（PMS）反應(yīng)20min對(duì)于目標(biāo)物酸性橙7（AO7）的去除率達(dá)到了95%，顯著提升了Co、Mn單金屬的催化效果著。在研究中，通過投加不同種類的猝滅劑，探究了反應(yīng)過程中活性自由基的種類；結(jié)合XPS、XRD、SEM、TEM、Raman等各種表征手段，探明了所制備的催化劑的表面特性以及催化機(jī)理；并探討了操作條件等對(duì)催化效果的影響.為雙金屬催化臭氧技術(shù)以及催化過硫酸鹽技術(shù)在水處理中的應(yīng)用做了一定的理論鋪墊。 2100433B

納米尺度上進(jìn)行金屬摻雜是提高納米金屬氧化物催化能力的一種可行方法，但是目前在臭氧催化方向，納米尺度上進(jìn)行金屬離子摻雜的研究開展有限。本項(xiàng)目選取鐵、錳、鈷、鈦、鋅這五種過渡金屬，制備納米級(jí)雙金屬?gòu)?fù)合氧化物。在篩選催化效果最好的金屬組合并優(yōu)化制備條件基礎(chǔ)上對(duì)比分析納米單一金屬氧化物和雙金屬?gòu)?fù)合氧化物催化臭氧的效果，結(jié)合各種化學(xué)分析方法及XRD、XPS、TEM、BET等儀器表征方法，分析雙金屬?gòu)?fù)合氧化物的表面特性及催化機(jī)理；解析不同操作條件和水質(zhì)條件對(duì)納米雙金屬?gòu)?fù)合氧化物催化效果的影響規(guī)律，并考察納米雙金屬?gòu)?fù)合氧化物在實(shí)際水質(zhì)本底中的催化效能。研究成果可為催化臭氧技術(shù)在水處理中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

特點(diǎn)

復(fù)合氧化物系指多組分氧化物，其中至少有一種是過渡金屬氧化物。用于催化反應(yīng)的復(fù)合氧化物即為復(fù)合氧化物催化劑。復(fù)合氧化物中，有的組分為主催化劑，有的組分明顯作為載體。多數(shù)組分間要發(fā)生相互作用，形成相當(dāng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。如雜多酸、含氧酸鹽、尖晶石等復(fù)合氧化物，各種離子相互交叉的固濟(jì)體以及單組分氧化物的各種混合物。其催化作用稱為“配位絡(luò)合電子遷移催化作用”:

本項(xiàng)目以納米雙金屬材料和納米組裝技術(shù)為基礎(chǔ)，通過設(shè)計(jì)納米顆粒在宏觀載體-樹脂基上的負(fù)載方式，制備新型復(fù)合環(huán)境催化功能材料，從樹脂基納米雙金屬?gòu)?fù)合材料的界面微結(jié)構(gòu)上闡明宏觀載體負(fù)載納米催化劑的原理；利用宏觀載體的特異性識(shí)別富集鹵代芳烴這類污染物，闡明樹脂基納米雙金屬材料高效選擇性地去除鹵代芳烴的催化降解機(jī)理，建立協(xié)同高效去除鹵代芳烴污染物的新技術(shù)原理。 采用液相NaBH4還原法，制備出淀粉負(fù)載納米鐵鎳雙金屬（淀粉/ZVI-Ni）和淀粉負(fù)載納米鐵鎳銅三金屬?gòu)?fù)合材料（淀粉/ZVI-Ni-Cu），并采用XRD、SEM、BET、XRF等儀器對(duì)其性能進(jìn)行表征；進(jìn)而對(duì)比其與納米零價(jià)鐵（ZVI）、淀粉負(fù)載零價(jià)鐵（淀粉/ZVI）對(duì)三氯乙烯和氯仿的降解效果以及影響淀粉/ZVI-Ni-Cu降解氯代烴的因素。結(jié)果表明：通過雙金屬和三金屬的摻雜，可有效提高復(fù)合材料對(duì)氯代烴的降解，其降解效能關(guān)系為：淀粉/ZVI-Ni-Cu>>淀粉/ZVI-Ni/>淀粉/ZVI>ZVI。其中淀粉/ZVI-Ni-Cu三金屬?gòu)?fù)合材料在48h內(nèi)可實(shí)現(xiàn)氯代烴的完全降解。由于淀粉載體的加入，使得復(fù)合材料不但克服了普通納米材料易團(tuán)聚的缺點(diǎn)，而且抗氧化性更強(qiáng)，降解效果也更穩(wěn)定可靠。

本項(xiàng)目使用我們發(fā)明的一系列非保護(hù)型金屬納米簇與無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米粒子作為結(jié)構(gòu)基元,構(gòu)筑新型金屬納米簇基復(fù)合物催化劑. 此方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以同時(shí)控制復(fù)相催化劑中金屬納米簇及氧化物半導(dǎo)體納米粒子的組成與粒徑,借助基元之間的電子相互作用及結(jié)構(gòu)組裝效應(yīng)，借助表面物種對(duì)催化中心的修飾效應(yīng)調(diào)控催化劑的催化性能。鹵代硝基苯選擇性氫化制鹵代芳胺是一類重要的精細(xì)化工催化過程，在農(nóng)藥，醫(yī)藥，染料及除草劑中間體合成中被廣泛采用。本項(xiàng)目將致力于徹底解決此工業(yè)化途徑中普遍存在的催化氫解脫鹵素等難題，研制出適用于高效合成高純度鹵代芳胺的氫化催化劑。為徹底解決我國(guó)企業(yè)在鹵代芳胺類產(chǎn)品生產(chǎn)中造成嚴(yán)重環(huán)境污染的問題奠定科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。與此同時(shí)本項(xiàng)目將探索新型金屬納米簇基復(fù)合物催化劑在其他精細(xì)化工反應(yīng)及手性催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)研制適用于磁分離技術(shù)的納米復(fù)合物催化劑。