中科院催化剂制备、表征与评价讨论课.ppt

用于催化湿法过氧化反应的CuFeZSM-5的制备、表征与评价 中科院大连化物所 主要内容 Fenton过程概述 1 CuFeZSM-5的制备方法 2 CuFeZSM-5的表征与评价 3 实验小结 4 Fenton过程概述 Fenton过程通常是指Fenton试剂(Fe2+/Fe3+/H2O2)发生的均相反应。以H2O2为氧化剂，用Fe2+在强酸性条件下还原 H2O2产生高活性的·OH。由于·OH的高氧化性和非选择性，几乎能与废水中所有的有机污染物发生反应。 优点：反应条件温和，不需要高温，转化率高，广泛用于氧化有机碳含量较高（高于500 ppm）的废水，在废水处理有广泛的应用前景。 此外，除了Fe盐，其他的过渡金属如Cu、Ru、Ce和Mn都至少有两种氧化态，也能促使H2O2生成·OH。但是从经济性和环保角度而言，Fe盐更有益。 Fenton过程概述 反应机理：H2O2将Fe2+氧化成Fe3+，Fe2+的单电子转移到H2O2生成 Fe3+、 ? OH和OH-。但同时还会发生并行的H2O2分解反应，生成H2O和O2，造成H2O2的浪费。反应过程如下： Fe2+ + H2O2 → Fe3+ +OH? + HO? Fe3+ + H2O2 ? Fe-OOH2+ + H + Fe-OOH2+→ HOO? + Fe2+ Fe2+ + HO? → Fe3+ + OH? H2O2 + HO? → H2O + HOO? Fe3+ + HOO? → Fe2+ + O2 + H + Fe2+ + HOO? → Fe3+ + HOO? Fenton过程概述 均相Fenton过程的缺点：均相催化剂不能再生，而且反应需要在强酸条件下进行，要求pH范围窄2.5-4.0，需要额外的中和步骤，还需要额外的分离步骤处理铁残渣，都限制了其在工业上的应用。 改进方法：采用多相Fenton催化剂，即将过渡金属固定在多孔载体上,如沸石，再与H2O2反应，不仅能允许反应在传统的连续流通的反应器中进行，使固体催化剂便于回收，而且反应能在较宽的pH范围内发生。 背景：Fe离子交换的Y型沸石催化湿法过氧化含氮染料Procian Marine H-EXL，具有很高的TOC去除率和脱色率；Cu离子交换的沸石如CuZSM-5和 NH3反应能将氮氧化物选择性催化还原成N2 …… CuFeZSM-5的制备方法 多相Fenton催化剂的制备方法主要有浸渍法、水热法、离子交换法和溶胶-凝胶法等。CuFeZSM-5固体催化剂主要采用离子交换法和水热法制备。 实验原料： 离子交换法：ZSM-5（Si/Al=22，钠型)，铁粉，盐酸，醋酸铜，去离子水 水热法：Fe(NO3)3·9H2O，Na2SiO3·5H2O，TPABr，醋酸铜，浓硫酸（pH调节）（无铝） 活性评价实验： 0.15dm-3罗丹明6G染料 （0.1g·dm -1） H2O2 （40mM） CuFeZSM-5的制备方法 离子交换法：用适量的ZSM-5沸石、Fe粉和去离子水放进双颈烧瓶中，装备有气体连通管和磁力搅拌器。先通5min的N2，再缓慢加入盐酸(37wt%)在N2气氛中连续搅拌5天，离心去除液相，得到淡红褐色的FeZSM-5，去离子水清洗直到水中无Cl-存在。一部分在室温下干燥并600℃焙烧2h，焙烧后颜色不变，记作IE-FeZSM-5。 取100℃干燥的未焙烧的FeZSM-5和醋酸铜溶液在锥形瓶中混合搅拌进行离子交换，通入NH3直到 pH为8，搅拌14h，过滤、洗涤、室温下干燥，80℃干燥1h再在125℃干燥半小时，记作IE-CuFeZSM-5。 CuFeZSM-5的制备方法 水热法：将Na2SiO3溶液和醋酸铜溶液，加入到用浓硫酸酸化的Fe(NO3)3溶液中，会立刻形成淡黄色的凝胶，将凝胶加入到浓TP