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硫掺杂炭材料催化过硫酸氢钾复合盐的技术研究

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硫掺杂炭材料催化过硫酸氢钾复合盐的技术研究

Date: 2022-01-07

  据悉,有研究以聚噻吩作为硫/碳的前体,以KOH为催化剂,在不同的退火温度下制备了结构和组分双重改性的新硫掺杂多孔炭复合催化剂,并对其催化过硫酸氢钾复合盐的性能进行了系列的研究。

  研究结果发现,退火温度对其催化氧化性能有显著影响,格外是经800℃处理的催化剂(SDAC-800)比表面积和孔容较大,对过硫酸盐具有越佳的催化活性。SDAC-800用量为0.1g/L、过硫酸盐/4-氯苯酚摩尔比为24/1、初始pH为4.4的条件下,在170min内去除整体的4-氯苯酚和65.3%的COD,处理后废水BOD./COD比值由初始的0.059提高到0.436,表明废水的生物可降解性明显提高。硫的掺杂和高温下酸性官能团(如砜基和羧基)的去除,大大提高了该催化剂的催化活性。

  通过比较发现,该硫掺杂催化剂比其他常规催化剂(Co3O4、Fe3O4、ZVI、无硫活性炭、石墨烯、多碳纳米管等)具备越佳的催化性能。此外,SDAC-800能催发多种过氧化物降解各种不同的污染物,具有较高的催化活性和广泛的适用性,是一种很有应用潜力的无金属催化剂。

  有研究提出的硫掺杂炭材料催发过硫酸氢钾复合盐降解有机污染物的机理。如以硝酸铁、Na2S203和(NH4)2S2O2为原料合成Fe/S掺杂颗粒活性炭,该催化剂与未掺杂活性炭相比,能显明加强了对过硫酸盐的催化性能,表明S掺杂提高了Fe/SGAC的催化性能;催化剂表面2/3的硫元素以FeS,的形式存在,证实了掺杂的S元素在氧化铁带隙内形成了新的陷阱态,从而增进了过硫酸盐物种与铁离子在界面上的电子转移。

  掺杂杂原子的炭质材料具有增加缺陷边缘、提高π电子迁移率、引进催化位点和吸附位点、加速电子转移速率等优点,但过多的杂原子掺杂也会降低炭质材料的催化活性,当掺杂量高过某一范围时会阻塞缺陷边缘,覆盖过硫酸氢钾复合盐的活性位点;还会破坏C的电荷分布,使电子重新分配,打破C=C共价键的电荷平衡。

硫掺杂炭材料催化过硫酸氢钾复合盐的技术研究