碳纳米管/FeS类Fenton催化剂的制备及催化性能

doi:10.7503/cjcu20131078

高等学校化学学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (3): 570.doi: 10.7503/cjcu20131078

碳纳米管/FeS类Fenton催化剂的制备及催化性能

杨明轩, 马杰(), 孙怡然, 熊新竹, 李晨璐, 李强, 陈君红

同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海200092

收稿日期:2013-11-05 出版日期:2014-03-10 发布日期:2019-08-01
作者简介:联系人简介: 马杰, 男, 博士, 讲师, 主要从事新型碳材料在环境和能源中的应用研究. E-mail: jma@tongji.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 21207100, 21177095)资助

Synthesis of Carbon Nanotubes/FeS Fenton-like Catalyst and Its Catalytic Properties^†

YANG Mingxuan, MA Jie^*(), SUN Yiran, XIONG Xinzhu, LI Chenlu, LI Qiang, CHEN Junhong

State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, Tongji University, Shanghai 200092, China

Received:2013-11-05 Online:2014-03-10 Published:2019-08-01
Contact: MA Jie E-mail:jma@tongji.edu.cn
Supported by:
† Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.21207100, 21177095)

摘要/Abstract

摘要：

以浮动催化热分解法制备碳纳米管(CNTs), 采用氧化-还原-硫化的方法制备了CNTs/FeS催化剂, 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和热重(TG)分析等技术对催化剂进行了结构表征. 将CNTs/FeS作为类Fenton催化剂用于水中环丙沙星的去除, 研究了降解过程中H₂O₂浓度、 CNTs/FeS催化剂的投加量、环丙沙星浓度及pH等因素对催化降解性能的影响. 结果表明, CNTs/FeS类Fenton催化反应在H₂O₂浓度为20 mmol/L和CNTs/FeS催化剂的投加量为10 mg的条件下具有最优的降解效果, 其催化反应过程符合一级动力学方程, 且具有更加宽泛的pH适应范围(pH=3~8), 同时, CNTs/FeS类Fenton催化剂在使用寿命方面也具有一定的优势.

关键词: 碳纳米管, 类芬顿, 催化, 羟基自由基, 环丙沙星

Abstract:

Chemical vapor deposition(CVD) was used to fabricate as-prepared multi-walled carbon nanotubes(CNTs). CNTs/FeS Fenton-like catalyst was synthesized by oxidation-reduction-vulcanization method. Furthermore, The catalyst was characterized by TEM, XRD, TG and other material analysis techniques. And then, the catalyst was used for the removal of ciprofloxacin from aqueous solution. The catalytic activity and catalytic mechanism were studied with concentration of H₂O₂, dosage of catalyst, concentration of ciprofloxacin and pH. The results show that there are an optimal H₂O₂ concentration(20 mmol/L) and dosage of catalyst(10 mg) in CNTs/FeS Fenton-like catalytic reaction. The first order kinetics equation is more appropriate to describe the process of catalytic reaction. And the catalytic reaction has better suitability than previsous study in wide range of pH values(pH=3—8). Meanwhile, CNTs/FeS Fenton-like catalyst has good regenerated properties.

Key words: Carbon nanotubes, Fenton-like, Catalysis, Hydroxyl radicals, Ciprofloxacin

中图分类号:

O643

TrendMD:

杨明轩, 马杰, 孙怡然, 熊新竹, 李晨璐, 李强, 陈君红. 碳纳米管/FeS类Fenton催化剂的制备及催化性能. 高等学校化学学报, 2014, 35(3): 570.

YANG Mingxuan, MA Jie, SUN Yiran, XIONG Xinzhu, LI Chenlu, LI Qiang, CHEN Junhong. Synthesis of Carbon Nanotubes/FeS Fenton-like Catalyst and Its Catalytic Properties^†. Chem. J. Chinese Universities, 2014, 35(3): 570.

图/表 10

Fig.1 TEM images of CNTs/FeS catalyst

Fig.2 Raman spectra of APCNTs(a) and CNTs/FeS catalyst(b)

Fig.3 XRD patterns of APCNTs(a), CNTs/FeS(b) and CNTs/FeS-R5(c) catalysts

Fig.4 Thermal analysis of CNTs/FeS catalyst

Fig.5 Effects of H2O2 dose on ciprofloxacin removal ratec(H2O2)=10—100 mmol/L[14]; c(ciprofloxacin)=150 mg/L.

Fig.6 Effects of ciprofloxacin concentration on ciprofloxacin removal ratec(H2O2)=20 mmol/L; c(ciprofloxacin)=20—250 mg/L.

Fig.7 Effects of CNTs/FeS catalyst dosage on ciprofloxacin removal ratec(H2O2)=20 mmol/L; c(ciprofloxacin)=150 mg/L.

Fig.8 Effects of pH on ciprofloxacin removal ratec(H2O2)=20 mmol/L; c(ciprofloxacin)=150 mg/L.

Fig.9 Kinetics of ciprofloxacin decomposition CNTs/FeS catalyst Fenton-like systemc(H2O2)=20 mmol/L; c(ciprofloxacin)=100 mg/L.

Fig.10 Results of CNTs/FeS catalyst life testc(H2O2)=20 mmol/L; c(ciprofloxacin)=150 mg/L.

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