纳米结构锰氧化物催化降解刚果红模拟染料废水

论文摘要

刚果红是染料工业中最常用的偶氮染料之一，对于含有偶氮染料的废水，用传统的物理、化学、生物方法难以降解。本研究课题采用纳米结构锰氧化物催化氧化降解刚果红染料废水，具有催化剂用量小、处理刚果红溶液初始浓度大，可循环利用等优点。本文采用热分解纳米结构MnOOH前驱体制备出β-MnO2纳米棒，将KMnO4与MnSO4恒温水浴反应直接合成了α-MnO2纳米棒，通过KMnO4与乙醇水热反应制备出了Mn3O4纳米粒子。利用XRD和TEM对产物进行分析表征,其中，β-MnO2样品为直径约200nm、长度接近几十μm的纳米棒；α-MnO2样品为直径约50nm、长度接近1μm的纳米棒；Mn3O4样品为尺寸均匀、平均粒径在100nm的纳米粒子。将以上几种纳米结构锰氧化物分别作为催化剂，催化H2O2氧化降解刚果红模拟染料废水。结果表明β-MnO2纳米棒的催化性能高于α-MnO2纳米棒和Mn3O4纳米粒子。分别以β-MnO2纳米棒、Mn3O4纳米粒子作为催化剂，研究了刚果红初始浓度、H2O2浓度、催化剂用量和反应时间对刚果红溶液降解效果的影响。进一步研究表明，β-MnO2纳米棒催化H2O2氧化降解刚果红的脱色反应属于2.44级动力学反应，反应速率常数为0.002834（mol/L）-1.44min-1；Mn3O4纳米粒子催化H2O2氧化降解刚果红的脱色反应属于拟1级动力学反应，反应速率常数为0.01276min-1。经紫外可见光谱、红外光谱分析说明，催化反应后刚果红分子结构遭到破坏，可能转变为有机小分子和二氧化碳等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 前言
• 1.1 染料废水的危害及处理现状
• 1.1.1 染料废水的危害
• 1.1.2 染料废水的处理现状
• 1.2 锰的纳米结构氧化物简介
• 1.2.1 纳米结构二氧化锰的制备及应用
• 1.2.2 纳米结构四氧化三锰的制备及应用
• 1.3 刚果红及其降解
• 1.3.1 刚果红的性质
• 1.3.2 刚果红染料废水的降解
• 1.4 本课题的研究内容及意义
• 第二章 纳米结构二氧化锰催化降解刚果红模拟染料废水
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器及化学试剂
• 2.2.2 标准工作曲线的测定
• 2.2.3 催化剂纳米结构二氧化锰的制备
• 2.2.4 纳米结构 MnO2催化性能的研究
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 催化剂的 X 射线衍射（XRD）分析、透射电子显微镜（TEM）分析
• 2催化性能的确定'>2.3.2 纳米结构 MnO₂催化性能的确定
• 2.3.3 不同方法制备催化剂的催化性能比较
• 2O₂质量分数对脱色率影响'>2.3.4 H₂O₂质量分数对脱色率影响
• 2.3.5 刚果红溶液初始浓度对脱色率的影响
• 2.3.6 催化剂用量对脱色率的影响
• 2.3.7 反应的动力学研究
• 2.3.8 反应前后催化剂物相变化
• 2.3.9 催化剂循环使用次数研究
• 2.3.10 随反应时间变化的刚果红紫外可见光谱变化
• 2.3.11 反应前后溶液浓缩产物的红外光谱分析
• 2.3.12 催化反应机理探讨
• 2.4 结论
• 第三章 纳米结构四氧化三锰催化降解刚果红模拟染料废水
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器及化学试剂
• 3.2.2 标准工作曲线的测定
• 3.2.3 催化剂纳米结构四氧化三锰的制备
• 3O₄催化性能的研究'>3.2.4 纳米结构 Mn₃O₄催化性能的研究
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 催化剂的 X 射线衍射（XRD）分析、透射电子显微镜（TEM）分析
• 3O₄纳米颗粒催化性能的确定'>3.3.2 Mn₃O₄纳米颗粒催化性能的确定
• 3.3.3 刚果红溶液初始浓度对脱色率的影响
• 2O₂质量分数对脱色率影响'>3.3.4 H₂O₂质量分数对脱色率影响
• 3.3.5 催化剂用量对脱色率的影响
• 3.3.6 反应级数和速率常数的确定
• 3.3.7 反应前后催化剂物相变化
• 3.3.8 催化剂循环使用次数研究
• 3.4 结论
• 第四章 结论与展望
• 参考文献