合肥工业大学资源与环境工程学院，纳米矿物与污染控制安徽省普通高校重点实验室，合肥 230009
对铜陵叶山铁矿开采所产生的低品位褐铁矿尾矿(LT)进行探究，旨在发掘其在室温净化甲醛领域中的应用价值及其载体性能。通过分析该尾矿的成分，发现其含有纳米针铁矿、石英等矿物，具有较大的比表面积，适合作为催化剂载体。采用化学还原法将δ-MnO2(Bir)负载于尾矿颗粒表面，制备了一系列不同锰含量的除醛催化剂(x-Bir/LT)。结果表明：该催化剂具有良好的催化降解甲醛的能力。在甲醛初始浓度为1.2 mg/m3，体积空速为260 000 h-1的条件下，27.3-Bir/LT在600 min时净醛效果仍有97.2%，并且具有长时间稳定性和抗水性。通过原位红外光谱分析发现，甲醛在催化剂表面反应的机制为：甲醛被表面羟基吸附后氧化成H+和HCOO-，并经过羟基和表面活性氧氧化，进一步分解成CO2和H2O。同时，氨气吸附原位红外分析发现，该尾矿能为催化剂提供大量的L-酸位点，提高了复合催化剂的催化氧化能力。因此以褐铁矿尾矿为催化剂的载体可以提升复合催化剂的净醛能力，为其用于室内甲醛等污染治理提供了理论支撑。
褐铁矿尾矿 甲醛 催化氧化 环境温度 L-酸位点 limonite tailings formaldehyde catalytic oxidation ambient temperature L-acid sites
1 内蒙古工业大学轻工与纺织学院, 内蒙古 呼和浩特 010080
2 内蒙古工业大学化工学院, 内蒙古 呼和浩特 010051
杭锦2#土是内蒙古鄂尔多斯杭锦旗地区发现的层状含铁天然矿物, 利用X射线衍射、 吡啶吸附红外光谱及X射线光电子能谱技术对样品的性质进行了表征。 X射线光电子能谱表明杭锦2#土骨架结构中Si和Al原子结合能与标准硅氧四面体和铝氧八面体中Si和Al结合能相比明显增加, 表面存在Lewis酸位和Brönsted酸位, 且杭锦2#土中铁物种以Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)形式存在于骨架结构中; 非均相Fenton反应中杭锦2#土的Fe(Ⅱ)可与H2O2反应生成自由基(·OH)与Fe(Ⅲ), 但反应速率慢且难以循环。 酸活化后杭锦2#土中Si和Al的结合能进一步增加, 铁物种部分转变为非结构铁并以Fe3+与Fe2+转移到样品表面; X射线光电子能谱、 吡啶红外和氨气程序升温表征表明酸活化杭锦2#土表面Lewis酸位和Brönsted酸位增多; 非均相Fenton反应中, 酸活化杭锦2#土表面Fe3+与Fe2+可与H2O2循环反应, 不断生成·OH并对甲基橙进行降解, 且活化杭锦2#土表面Brönsted酸能够提供质子将H2O2包围, 抑制其分解生成$HO_{2}^{-}$并提供更多的·OH, Lewis酸能增加杭锦2#土表面吸附氧(Oad)含量, 而Fe2+可被Oad氧化为Fe3+, 促进Fe2+/Fe3+之间的循环, 同时在氧化过程中电子转移到Oad形成$O_{2}^{·-}$, $O_{2}^{·-}$能够与Brönsted酸提供的质子反应形成·OH, ·OH与$O_{2}^{·-}$均为氧化性自由基, 能够提升活化杭锦2#土非均相Fenton反应活性。 此外, X射线衍射表明酸活化使杭锦2#土中$CO_{3}^{2-}$转化为对Fenton反应负面影响更小的$SO_{4}^{2-}$进而提升其非均相Fenton反应活性。
杭锦2#土 光谱特征 酸性位 非均相Fenton反应 Hangjin2# clay Spectral Characteristic Acid sites Heterogeneous Fenton reaction 光谱学与光谱分析
2021, 41(11): 3512
