纳米双金属复合氧化物催化臭氧的效能及机理研究

本项目利用铁、锰、钴、锌等过渡金属进行制备筛选纳米双金属复合氧化物，其中，铁镍、铁锰、锰镍、钴锰、钴锌、镍钴双金属氧化物都在一定的金属比例和制备条件下，显示出了优越的催化性能：在Fe、Ni元素比例为1：4时，铁镍双金属催化剂的存在能够有效提升O3的分解率，从而提高羟基自由基的产生速度，对邻苯二甲酸二甲酯（DMP）的10min降解效果达到了86%。在Co、Mn元素比例为2：1时，钴锰双金属氧化物催化过一硫酸氢钾（PMS）反应20min对于目标物酸性橙7（AO7）的去除率达到了95%，显著提升了Co、Mn单金属的催化效果著。在研究中，通过投加不同种类的猝灭剂，探究了反应过程中活性自由基的种类；结合XPS、XRD、SEM、TEM、Raman等各种表征手段，探明了所制备的催化剂的表面特性以及催化机理；并探讨了操作条件等对催化效果的影响.为双金属催化臭氧技术以及催化过硫酸盐技术在水处理中的应用做了一定的理论铺垫。 2100433B

纳米尺度上进行金属掺杂是提高纳米金属氧化物催化能力的一种可行方法，但是目前在臭氧催化方向，纳米尺度上进行金属离子掺杂的研究开展有限。本项目选取铁、锰、钴、钛、锌这五种过渡金属，制备纳米级双金属复合氧化物。在筛选催化效果最好的金属组合并优化制备条件基础上对比分析纳米单一金属氧化物和双金属复合氧化物催化臭氧的效果，结合各种化学分析方法及XRD、XPS、TEM、BET等仪器表征方法，分析双金属复合氧化物的表面特性及催化机理；解析不同操作条件和水质条件对纳米双金属复合氧化物催化效果的影响规律，并考察纳米双金属复合氧化物在实际水质本底中的催化效能。研究成果可为催化臭氧技术在水处理中的应用提供理论依据和技术参考。

特点

复合氧化物系指多组分氧化物，其中至少有一种是过渡金属氧化物。用于催化反应的复合氧化物即为复合氧化物催化剂。复合氧化物中，有的组分为主催化剂，有的组分明显作为载体。多数组分间要发生相互作用，形成相当复杂的结构。如杂多酸、含氧酸盐、尖晶石等复合氧化物，各种离子相互交叉的固济体以及单组分氧化物的各种混合物。其催化作用称为“配位络合电子迁移催化作用”:

本项目以纳米双金属材料和纳米组装技术为基础，通过设计纳米颗粒在宏观载体-树脂基上的负载方式，制备新型复合环境催化功能材料，从树脂基纳米双金属复合材料的界面微结构上阐明宏观载体负载纳米催化剂的原理；利用宏观载体的特异性识别富集卤代芳烃这类污染物，阐明树脂基纳米双金属材料高效选择性地去除卤代芳烃的催化降解机理，建立协同高效去除卤代芳烃污染物的新技术原理。 采用液相NaBH4还原法，制备出淀粉负载纳米铁镍双金属（淀粉/ZVI-Ni）和淀粉负载纳米铁镍铜三金属复合材料（淀粉/ZVI-Ni-Cu），并采用XRD、SEM、BET、XRF等仪器对其性能进行表征；进而对比其与纳米零价铁（ZVI）、淀粉负载零价铁（淀粉/ZVI）对三氯乙烯和氯仿的降解效果以及影响淀粉/ZVI-Ni-Cu降解氯代烃的因素。结果表明：通过双金属和三金属的掺杂，可有效提高复合材料对氯代烃的降解，其降解效能关系为：淀粉/ZVI-Ni-Cu>>淀粉/ZVI-Ni/>淀粉/ZVI>ZVI。其中淀粉/ZVI-Ni-Cu三金属复合材料在48h内可实现氯代烃的完全降解。由于淀粉载体的加入，使得复合材料不但克服了普通纳米材料易团聚的缺点，而且抗氧化性更强，降解效果也更稳定可靠。

本项目使用我们发明的一系列非保护型金属纳米簇与无机半导体纳米粒子作为结构基元,构筑新型金属纳米簇基复合物催化剂. 此方法的优点在于可以同时控制复相催化剂中金属纳米簇及氧化物半导体纳米粒子的组成与粒径,借助基元之间的电子相互作用及结构组装效应，借助表面物种对催化中心的修饰效应调控催化剂的催化性能。卤代硝基苯选择性氢化制卤代芳胺是一类重要的精细化工催化过程，在农药，医药，染料及除草剂中间体合成中被广泛采用。本项目将致力于彻底解决此工业化途径中普遍存在的催化氢解脱卤素等难题，研制出适用于高效合成高纯度卤代芳胺的氢化催化剂。为彻底解决我国企业在卤代芳胺类产品生产中造成严重环境污染的问题奠定科学与技术基础。与此同时本项目将探索新型金属纳米簇基复合物催化剂在其他精细化工反应及手性催化等领域的应用。同时研制适用于磁分离技术的纳米复合物催化剂。