【摘 要】
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由于经济的迅速发展,工业污水的肆意排放,使得人们的生活环境受到严重威胁,同时对生态系统造成负面影响,日趋严重的水污染问题亟需解决。如何发展出高效绿色安全的催化剂,用于高效去除废水中难降解有机污染物是目前环境污染治理与修复领域面临的一项重要课题。贵金属纳米材料的催化还原技术因其效率高,绿色环保等优势成为目前转化和降解水中污染物的优选材料。与众多金属纳米材料属相比,金纳米粒子(Au NPs)由于具有比
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由于经济的迅速发展,工业污水的肆意排放,使得人们的生活环境受到严重威胁,同时对生态系统造成负面影响,日趋严重的水污染问题亟需解决。如何发展出高效绿色安全的催化剂,用于高效去除废水中难降解有机污染物是目前环境污染治理与修复领域面临的一项重要课题。贵金属纳米材料的催化还原技术因其效率高,绿色环保等优势成为目前转化和降解水中污染物的优选材料。与众多金属纳米材料属相比,金纳米粒子(Au NPs)由于具有比表面积大,光学特性好以及反应条件温和,催化效率高等突出特点,因此受到广大学者的青睐。其中将Au NPs分散在固体载体上的多相催化技术研究一直倍受关注。本论文通过一种绿色简便的一步合成方法制备Au/MIL-88B(Fe)纳米复合材料,并以4-NP(4-nitrophenol)为模型污染物,在Na BH4存在的条件下催化还原4-NP为反应模型,测试了Au/MIL-88B(Fe)的催化效果,同时通过改变测试条件以探究Au/MIL-88B(Fe)的实际环境适用性和稳定性。主要研究内容如下:(1)通过水热法制备Au/MIL-88B(Fe):使用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为Au NPs的稳定剂,将Au NPs负载于MIL-88B(Fe)表面。结果表明,当氯金酸用量为2 m L(10 g/L),Na BH4浓度为30 m M时,所形成的Au负载量和负载率最优,催化活性位点随着负载效率的增大而增多,并且Au NPs与MIL-88B(Fe)通过DMF的桥键作用固定在MIL-88B(Fe)表面,使其在MIL-88B(Fe)表面的分散性良好。(2)以4-NP的加氢还原反应为模型测试了Au(2)/MIL-88B(Fe)复合物的催化反应效率。研究结果显示,Au(2)/MIL-88B(Fe)复合物在4-NP(0.5 m M,50 m L)的加氢催化反应中具有较高的催化活性(反应在6分钟30s内完成),反应速率常数为0.659 min-1。通过在不同实验条件下的测试,确定复合物最佳用量为5 mg,催化还原4-NP的最佳p H为5,Na BH4在还原体系中的最佳浓度为50 m M。复合物在还原其他硝基酚类污染物(2-NP,3-NP和2,4-DNP)以及偶氮染料(MO,CR和EBT)方面也表现出良好的通用性。此外,Au(2)/MIL-88B(Fe)在各种环境水样和以及常见无机盐的存在下保持了较高的催化效率,表现出令人满意的应用潜力。在循环使用10次之后,对4-NP的转化率仍然高达90.8%,表明复合物具有良好的重复利用性和稳定性。4-NP的催化还原遵循Langmuir-Hinshelwood模型,通过ESR分析验证反应的活性物为Au-H。表明在4-NP转化为4-AP实验中,H自由基(·H)可能是实现还原的关键物种。这项工作的开展和所得结论为Au NPs基催化剂的合成及其制备的提供了新的思路,在硝基苯酚加氢反应中表现出来的高效性和稳定性,使得Au NPs基催化剂在实际环境净化领域展现出巨大的应用潜力。
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