纳米双金属复合氧化物催化臭氧的效能及机理研究

Doping metal in nano level is one method to improve the catalytic ability of metal oxide in practice. However, only a few studies are on catalytic ozone in nano level for doping metal. In this research, Iron, Manganese, Cobalt, Titanium and Zinc are chosen as candidates for preparing nano bimetallic composite oxide. The best combination of metals are screened, and the preparation of catalyst are optimized. The effect of nano single metal oxide and bimetallic composite oxide are comparatived. Combined with chemical analysis, XRD, XPS, TEM and BET methodologies to analysis the surface characteristics and catalytic mechanism of nano bimetallic oxide. A summarize of the effects of operating conditions and water quality conditions is also provided. The performance of nano bimetallic oxide in a reality water background is discussed as well. This research offers technical and practical supports for the catalytic ozone in water treatment technology.

纳米尺度上进行金属掺杂是提高纳米金属氧化物催化能力的一种可行方法，但是目前在臭氧催化方向，纳米尺度上进行金属离子掺杂的研究开展有限。本项目选取铁、锰、钴、钛、锌这五种过渡金属，制备纳米级双金属复合氧化物。在筛选催化效果最好的金属组合并优化制备条件基础上对比分析纳米单一金属氧化物和双金属复合氧化物催化臭氧的效果，结合各种化学分析方法及XRD、XPS、TEM、BET等仪器表征方法，分析双金属复合氧化物的表面特性及催化机理；解析不同操作条件和水质条件对纳米双金属复合氧化物催化效果的影响规律，并考察纳米双金属复合氧化物在实际水质本底中的催化效能。研究成果可为催化臭氧技术在水处理中的应用提供理论依据和技术参考。

本项目利用铁、锰、钴、锌等过渡金属进行制备筛选纳米双金属复合氧化物，其中，铁镍、铁锰、锰镍、钴锰、钴锌、镍钴双金属氧化物都在一定的金属比例和制备条件下，显示出了优越的催化性能：在Fe、Ni元素比例为1：4时，铁镍双金属催化剂的存在能够有效提升O3的分解率，从而提高羟基自由基的产生速度，对邻苯二甲酸二甲酯（DMP）的10min降解效果达到了86%。在Co、Mn元素比例为2：1时，钴锰双金属氧化物催化过一硫酸氢钾（PMS）反应20min对于目标物酸性橙7（AO7）的去除率达到了95%，显著提升了Co、Mn单金属的催化效果著。在研究中，通过投加不同种类的猝灭剂，探究了反应过程中活性自由基的种类；结合XPS、XRD、SEM、TEM、Raman等各种表征手段，探明了所制备的催化剂的表面特性以及催化机理；并探讨了操作条件等对催化效果的影响.为双金属催化臭氧技术以及催化过硫酸盐技术在水处理中的应用做了一定的理论铺垫。