非均相Fenton催化剂的制备及对苯胺黑药的降解效果

doi:10.11894/iwt.2020-0116

工业水处理 ›› 2020, Vol. 40 ›› Issue (12): 69-73. doi: 10.11894/iwt.2020-0116

非均相Fenton催化剂的制备及对苯胺黑药的降解效果

刘烨¹(),侯保林^1,^2,*(),任伯帜^1,²,刘旭¹

1. 湖南科技大学土木工程学院, 湖南湘潭 411110
2. 页岩气资源利用湖南省重点实验室, 湖南湘潭 411110

收稿日期:2020-11-08 出版日期:2020-12-20 发布日期:2020-12-22
通讯作者: 侯保林 E-mail:1391005143@qq.com;h3i3t0@126.com
作者简介:刘烨(1995-),硕士研究生。E-mail:1391005143@qq.com
基金资助:
湖南省自然科学基金(2018JJ3175);国家自然科学基金(51704114)

Preparation of heterogeneous Fenton catalyst and its degradation effect on aniline aerofloat

Ye Liu¹(),Baolin Hou^1,^2,*(),Bozhi Ren^1,²,Xu Liu¹

1. School of Civil Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411110, China
2. Hunan Provincial Key Laboratory of Shale Gas Resource Utilization, Xiangtan 411110, China

Received:2020-11-08 Online:2020-12-20 Published:2020-12-22
Contact: Baolin Hou E-mail:1391005143@qq.com;h3i3t0@126.com

摘要/Abstract

摘要：

以颗粒活性炭为载体，采用循环热解法制备了铁锰双金属催化剂Fe/Mn-GAC，用响应面法优化Fe/Mn-GAC的制备条件参数，并对Fe/Mn-GAC进行表征，考察以其为催化剂构成的非均相Fenton体系降解苯胺黑药的性能及动力学。结果表明：响应面二次回归模型的拟合相关性高，各因素对Fe/Mn-GAC的催化性能和苯胺黑药的降解效能有显著影响，优化后的制备条件参数为铁锰离子浓度比9.50、制备温度362.07℃、铁锰总离子浓度1.09 mol/L，该非均相Fenton体系降解苯胺黑药的去除率为97.164%，降解符合准一级动力学。

关键词: 响应面优化, 双金属催化剂, 非均相Fenton, 苯胺黑药

Abstract:

Fe/Mn-GAC bimetallic catalyst was prepared by cyclic pyrolysis with the granular activated carbon as the carrier. The preparation parameters of Fe/Mn-GAC were optimized by response surface methodology(RSM). The physicochemical properties of Fe/Mn-GAC bimetallic catalyst were characterized, and the performance and kinetics of the degradation of aniline aerofloat by Fenton reaction were investigated. Results showed that the response surface quadratic regression model was of high significance. Each factor had significant influence on catalytic performance of Fe/Mn-GAC and the degradation efficiency of aniline aerofloat. The optimal preparation parameters were determined as 9.5 of Fe-Mn ion concentration ratio, 362.07℃ of temperature, and 1.09 mol/L of the total concentration of iron-manganese ions. The removal efficiency of aniline aerofloat in the Fenton system catalyzed by Fe/Mn-GAC was 97.164%, and the degradation reaction was in accordance with pseudo-first-order kinetics.

Key words: response surface optimization, bimetallic catalyst, heterogeneous Fenton, aniline aerofloat

中图分类号:

X703.1

刘烨,侯保林,任伯帜,刘旭. 非均相Fenton催化剂的制备及对苯胺黑药的降解效果[J]. 工业水处理, 2020, 40(12): 69-73.

Ye Liu,Baolin Hou,Bozhi Ren,Xu Liu. Preparation of heterogeneous Fenton catalyst and its degradation effect on aniline aerofloat[J]. Industrial Water Treatment, 2020, 40(12): 69-73.

https://www.iwt.cn/CN/Y2020/V40/I12/69

图/表 9

参考文献 10

1	林伟雄.二苯胺基二硫代磷酸的生物降解性及处理方法研究[D].广州:广东工业大学, 2016.
2	侯保林, 韩洪军. 三维电Fenton深度处理煤化工废水的催化反应机理[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2018, 50 (8): 45- 50.
3	张依含, 史静, 杜琼, 等. 磁性生物炭非均相类Fenton体系去除水中四环素[J]. 工业水处理, 2020, 40 (2): 32- 35.
4	李鹏, 徐风, 郭超. 几种测定选矿废水中丁铵黑药含量的方法研究[J]. 中国矿山工程, 2017, 46 (1): 53- 56.
5	Li Ling , Lai Cui , Huang Fanglong , et al. Degradation of naphthalene with magnetic bio-char activate hydrogen peroxide:synergism of biochar and Fe-Mn binary oxides[J]. Water Research, 2019, 160, 238- 248.
6	Hou Baolin , Liu Ye , Peng Ting , et al. Optimization of the integration of Fe/C micro-electrolysis and Fenton in treating coal chemical industry wastewater by response surface methodology[J]. Fresenius Environmental Bulletin, 2019, 28 (3): 2005- 2011.
7	Xing Shengtao , Zhou Zicheng , Ma Zichuan , et al. Characterization and reactivity of Fe₃O₄/FeMnO_x core/shell nanoparticles for methylene blue discoloration with H₂O₂[J]. Applied Catalysis B:Environmental, 2011, 107 (3/4): 386- 392.
8	Wei Chao , Feng Zhenxing , Scherer G G , et al. Cations in octahedral sites:a descriptor for oxygen electrocatalysis on transition-metal spinels[J]. Advanced Materials, 2017, 29 (23): 1606800.
9	亓丽丽.非均相臭氧催化氧化对氯苯酚机理研究及其工艺应用[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2013.
10	Zhang Shouwei , Fan Qiaohui , Gao Huihui , et al. Formation of Fe₃O₄@MnO₂ ball-in-ball hollow spheres as a high performance catalyst with enhanced catalytic performances[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4 (4): 1414- 1422.

因素	编码	水平
因素	编码	-1	0	+1
铁锰比	X₁	4.00	8.00	12.00
制备温度/℃	X₂	300	350	400
总离子浓度/（mol·L^-1）	X₃	0.75	1.00	1.25

因素	编码	水平
因素	编码	-1	0	+1
铁锰比	X₁	4.00	8.00	12.00
制备温度/℃	X₂	300	350	400
总离子浓度/（mol·L^-1）	X₃	0.75	1.00	1.25

序号	铁锰比X₁	制备温度X₂/℃	总离子浓度X₃/（mol·L^-1）	苯胺黑药去除率Y/%
1	4.00	300	0.75	73.12
2	12.00	300	0.75	74.88
3	4.00	400	0.75	80.83
4	12.00	400	0.75	88.25
5	4.00	300	1.25	74.86
6	12.00	300	1.25	82.79
7	4.00	400	1.25	79.26
8	12.00	400	1.25	89.83
9	4.00	350	1.00	83.95
10	12.00	350	1.00	90.86
11	8.00	300	1.00	84.36
12	8.00	400	1.00	92.23
13	8.00	350	0.75	93.48
14	8.00	350	1.25	94.54
15	8.00	350	1.00	95.19
16	8.00	350	1.00	95.25
17	8.00	350	1.00	95.48
18	8.00	350	1.00	95.76
19	8.00	350	1.00	95.56
20	8.00	350	1.00	96.35

序号	铁锰比X₁	制备温度X₂/℃	总离子浓度X₃/（mol·L^-1）	苯胺黑药去除率Y/%
1	4.00	300	0.75	73.12
2	12.00	300	0.75	74.88
3	4.00	400	0.75	80.83
4	12.00	400	0.75	88.25
5	4.00	300	1.25	74.86
6	12.00	300	1.25	82.79
7	4.00	400	1.25	79.26
8	12.00	400	1.25	89.83
9	4.00	350	1.00	83.95
10	12.00	350	1.00	90.86
11	8.00	300	1.00	84.36
12	8.00	400	1.00	92.23
13	8.00	350	0.75	93.48
14	8.00	350	1.25	94.54
15	8.00	350	1.00	95.19
16	8.00	350	1.00	95.25
17	8.00	350	1.00	95.48
18	8.00	350	1.00	95.76
19	8.00	350	1.00	95.56
20	8.00	350	1.00	96.35

项目	平方和	自由度	均方	F值	假定值Prob>F
回归模型	1 195.41	9	132.82	296.50	< 0.000 1
X₁	119.65	1	119.54	267.09	< 0.000 1
X₂	163.14	1	163.14	364.17	< 0.000 1
X₃	11.49	1	11.49	25.65	0.000 5
X₁X₂	8.61	1	8.61	19.22	0.001 4
X₁X₃	10.86	1	10.86	24.24	0.000 5
X₂X₃	11.62	1	11.62	25.93	0.000 6
X₁²	153.83	1	153.83	343.39	< 0.000 1
X₂²	119.39	1	119.39	266.52	< 0.000 1
X₃²	2.10	1	2.10	4.69	0.055 6
残差值	4.48	10	0.45	4.01	0.076 9
失拟项	3.59	5	0.72
纯误差	0.89	5	0.18
总和	1 199.89	19

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

非均相Fenton催化剂的制备及对苯胺黑药的降解效果

Preparation of heterogeneous Fenton catalyst and its degradation effect on aniline aerofloat

RichHTML

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 10

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

样品	比表面积/（m²·g^-1）	平均孔径/nm	总孔容/（cm³·g^-1）	微孔孔容/（cm³·g^-1）
GAC	383.0	2.239	0.215	0.173
Fe/Mn-GAC	100.5	2.910	0.193	0.068

[1]	李昊, 石楠, 武道吉, 傅凯放, 罗从伟. MoS₂@Fe₃O₄类Fenton体系催化降解碘帕醇的性能[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 66-72.
[2]	刘浩, 丁照杰, 刘强, 赵准. 过硫酸钾-PAM-硅藻土改善污泥的脱水性能研究[J]. 工业水处理, 2023, 43(4): 92-97.
[3]	李慧玲, 程凡, 石冬妮, 滕然, 蒋进元, 陈明, 谭伟. 非均相Fenton催化剂催化机理及性能提升策略综述[J]. 工业水处理, 2023, 43(11): 78-92.
[4]	王震,王长智,许青兰,沈忱,梅荣武,谭映宇,张宇,任旭锋,王睿. 微电解耦合非均相Fenton法处理印染废水膜浓缩液[J]. 工业水处理, 2021, 41(4): 48-51.
[5]	邓田田,李海红,王洋涛. 还原蓝4高效降解菌的分离鉴定及降解条件优化[J]. 工业水处理, 2021, 41(10): 83-90.
[6]	张宁,陈维雨思,许修远,周露,屠国鑫,张宇峰. 膨润土/Fe₃O₄/Fe⁰复合催化剂的制备及其催化性能[J]. 工业水处理, 2020, 40(6): 68-72.
[7]	蔡晓阳,张艳萍,焦凡凡,张丽媛. SRB的分离筛选及其去除废水中硫酸盐的响应面优化[J]. 工业水处理, 2020, 40(5): 100-105.
[8]	薛晓晓,翁育靖,杨世诚,王晓龙,孟士航,张玉龙. Fe₂O₃@Cu-MOF非均相光-Fenton催化剂的制备及性能[J]. 工业水处理, 2020, 40(12): 88-91, 105.
[9]	王妙婷, 王可心, 杨曾, 候雅琪, 薛圣炀, 蒲生彦. 磁性硅藻土非均相Fenton催化剂制备及其催化性能[J]. 工业水处理, 2018, 38(5): 84-87.
[10]	徐浩, 张静, 张古承, 叶倩, 周冠宇, 杨富花. 紫外耦合钴锰双金属催化过硫酸盐降解AO7动力学[J]. 工业水处理, 2018, 38(5): 42-45.
[11]	张亚通, 常朝, 刘锦源, 王美陵, 朱鹏毅, 李立. γ-Al₂O₃负载型Fenton催化剂制备及降解苯酚研究[J]. 工业水处理, 2018, 38(12): 73-75.
[12]	王佳莹, 孙德栋, 孙义才, 何强, 马春, 王国文, 张新欣, 郝军, 吴璇. g-C₃N₄负载铁钴双金属催化过硫酸氢盐降解亚甲基蓝[J]. 工业水处理, 2018, 38(11): 66-69.
[13]	李丽华, 马明明, 任庆军, 陶永康. Fe₃O₄/三维石墨烯非均相Fenton催化降解酸性红B[J]. 工业水处理, 2017, 37(8): 25-29.
[14]	肖喆, 霍守亮, 昝逢宇, 张靖天, 徐甲慧. 纳米Fe₃O₄催化非均相Fenton体系降解含酚废水的研究[J]. 工业水处理, 2017, 37(12): 82-86.
[15]	张娟娟, 张西慧. 非均相Fenton催化降解酚类化合物的研究进展[J]. 工业水处理, 2016, 36(1): 15-20.

模态框（Modal）标题

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容

非均相Fenton催化剂的制备及对苯胺黑药的降解效果

Preparation of heterogeneous Fenton catalyst and its degradation effect on aniline aerofloat

RichHTML

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 10

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价