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化学工程与技术|锆掺杂磁性沸石的制备及其催化降解甲基橙性能研究

汉斯出版社

2024-12-16

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导读：

本研究采用高能球磨法制备了锆掺杂磁性沸石(ZFZ)，并将其用于催化过一硫酸盐(PMS)降解甲基橙(MO)染料溶液。通过进行不同的反应体系，不同氧化剂用量、催化剂用量、pH值、循环实验和自由基淬灭实验来评估ZFZ的催化性能。实验结果表明：在催化剂添加量为0.15 g/L、PMS添加量为1.5 mmol/L、pH为9时，催化效果最好可达到75.18%。经过5次循环实验，MO的降解率仍能保持在70%以上，表明催化剂具有良好的循环稳定性。自由基淬灭实验结果表明O⋅−2和1O2在MO的催化降解过程中起主要作用。

基本信息：

锆掺杂磁性沸石的制备及其催化降解甲基橙性能研究

Preparation of Zirconium-Doped Magnetic Zeolites and Study on Its Catalytic Degradation Performance of Methyl Orange

作者：

张同庆, 包冬冬, 陈洪森：深圳市绿环再生资源开发有限公司，广东深圳；张占群, 任明杰, 李建军*：安徽康达检测技术有限公司，安徽芜湖；安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽省煤基固废新材料产业共性技术研究中心，安徽淮南；王慧玲：安徽康达检测技术有限公司，安徽芜湖；宋林林：安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽省煤基固废新材料产业共性技术研究中心，安徽淮南

关键词:

氧化锆；磁性沸石；过硫酸盐；高级氧化

项目基金：

安徽高校协同创新项目(GXXT-2022-083)

芜湖市科技计划项目(No.2023kx12)

安徽省教育厅新时代育人工程项目(2023xscx070)

原文链接：

https://doi.org/10.12677/hjcet.2024.146044

内容简介：

在汉斯出版社《化学工程与技术》期刊上，有论文采用高能球磨法制备了锆掺杂磁性沸石(ZFZ)，并将其用于催化过一硫酸盐(PMS)降解甲基橙(MO)染料溶液。

药品：甲基橙(MO)，过硫酸氢钾(PMS)，氧化锆(ZrO2)、无水乙醇、四氧化三铁(Fe3O4)、人造沸石等。上述所有试剂均购自阿拉丁化学试剂有限公司且均为分析级试剂，所有实验均使用去离子水。

设备：DZF-6050真空干燥箱、FA1004电子天平、JK-100超声波清洗器、移液枪、JJ-6B六联异步电动搅拌器、UV-5100紫外分光光度计等。

将沸石、Fe3O4和ZrO2以3:2:2的质量比混合，配制为混合物料。采用100 mL的钢罐，钢球为球磨介质，在球料比为10:1的条件下，将一定质量的物料与30 mL的无水乙醇混合后，通过高能球磨法制备了锆掺杂磁性沸石(ZFZ)。

分别配制浓度为0、2、4、6、8、10 mg/L的MO溶液，在波长为464 nm的条件下检测溶液的吸光度，记录数据并绘制散点图，拟合得到MO的标准曲线，y = 0.04343 + 0.08201x，R2 = 0.99997，见图1。

将200 mL浓度为25 mg/L的MO溶液加入250 mL烧杯内，采用搅拌器恒速搅拌，温度控制在25℃，同时加入ZFZ和PMS后开始计时，在一定间隔时间内，取出3 mL试样并立即使用0.1 mL甲醇MeOH (100 mmol/L)淬灭反应，使用紫外分光光度计检测反应后MO溶液的吸光度，通过标准曲线计算反应后MO溶液浓度。

采用扫描电子显微镜(SEM)对制备的ZFZ进行样貌分析，发现沸石颗粒变小，表面变粗糙，可能是球磨破坏了沸石原来的表面结构。同时mapping图显示出样品中含有Zr、Fe、O、Al和Si元素，表明样品制备成功。

沸石本身是没有磁性的，通过磁滞回线图，可以发现制备的样品具有磁性，说明Fe3O4和沸石复合在一起，并且室温铁磁性能够达到25.5 emu/g，尽管该值小于Fe3O4的室温铁磁性，但磁性足以进行有效的磁分离。

制备的ZFZ的催化性能通过不同体系中MO的降解率进行对比评价，见图4。

结论

1) 本研究采用高能球磨法制备了锆掺杂磁性沸石，并将其应用于催化降解MO染料溶液。在不同体系中进行对比实验，结果表明ZFZ可以有效催化PMS，显著地提高PMS的氧化能力。

2) 通过改变不同催化剂用量、PMS用量和不同pH值，得出最佳条件下(ZFZ = 0.15 g/L、PMS = 1.5 mmol、pH = 9)，ZFZ催化PMS对MO降解率最高可以达到75.18%。

3) 经过5次循环实验，MO的降解率仍能达到71%，表明ZFZ具有良好的循环稳定性。自由基淬灭实验结果表明O⋅−2 和1O2在MO的催化降解过程中起主要作用。

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http://dx.doi.org/10.12677/AMC.2015.34007

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https://doi.org/10.12677/NAT.2022.123019

所属期刊

-Hans Journal of Chemical Engineering and Technology-

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