郑应俊, 孟海玲, 刘再亮, 周晗, 朱俊杰

过程工程学报 2021, 21 (7): 857-864. DOI:10.12034/j.issn.1009-606X.220135

摘要（142）

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以MCM-41为载体，采用水热-焙烧法制备了Al修饰双金属催化剂Fe-Ce/Al-MCM-41并进行了XRD、BET和FT-IR表征；以水体中的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为处理对象，在铂丝-碳毡电芬顿体系中研究了催化氧化降解DBP的效果和影响因素，探讨了降解机理。结果表明，铁、铈双金属催化剂在电芬顿体系降解邻苯二甲酸二丁酯中具有良好的催化活性，铝离子的加入能够提高催化剂的催化性能；最佳实验条件为pH=3、催化剂投加量0.5 g/L、电流强度I=0.15 A、通氧流量0.2 L/min、反应120 min、初始浓度10 mg/L，此时DBP去除率为97.1%，在酸性或中性条件下去除率稳定在92.1%以上，碱性条件下DBP去除率降低，电流强度和通氧量达到饱和后对DBP降解率影响很小，并且催化剂投加过量会导致催化效果降低。此电芬顿体系中·OH的氧化反应是降解DBP的主要途径。

电芬顿氧化法能够在阴极原位产生H ₂O ₂，具有处理效率高、成本低、操作方便等优点，在多种有机污染物的降解方面得到广泛应用[5]。由于均相电芬顿面临最佳pH值范围窄、易产生铁泥等问题，限制了其发展[6,7]，而投加固体催化剂构成的非均相电芬顿体系可很好地克服上述缺陷，故广大学者对电芬顿体系中的高效催化剂进行了大量研究。其中，介孔材料MCM-41具有合适的孔径范围、较大的比表面积和极佳的稳定性，常被用作载体制备负载型金属催化剂。同时，与单金属催化剂相比，双金属催化剂上双离子对的氧化还原反应能够促进H ₂O ₂分解产生更多的活性自由基，从而具有更高的催化活性[8]。已有研究表明，以MCM-41为载体制备双金属催化剂时添加Al能够提高载体的稳定性和催化活性[9,10]，但通过调控Al的添加量来修饰双金属催化剂Fe-Ce/Al-MCM-41的研究较少，该催化剂在电芬顿体系中降解邻苯二甲酸酯类污染物的影响因素、催化活性和降解机理等仍需进一步研究。

催化剂的比表面积采用N ₂吸附法用V-Sorb 2800MP型比表面积分析仪测定，采用BJH法计算催化剂的比表面积、孔容和平均孔径，所得结果见表2。由表可知，催化剂M2, M3, M4均具有很大的比表面积，未负载金属离子的M1比表面积最大，平均孔径最小，负载金属离子后平均孔径增大，孔容增大；且通过对比M2, M3, M4发现，随掺杂的Al离子含量增加，催化剂的比表面积不断减小，平均孔径增大，孔容呈先增大后减小的趋势。因为Al离子可以改善催化剂的表面结构，使壁厚变薄，平均孔径增大，有利于催化反应的进行。因而负载一定量的Al离子有助于在催化剂表面发生芬顿反应，减少孔径堵塞致使催化效果降低的情况，从而提高催化剂的重复利用率。

组成双金属催化剂可提高催化降解效率。Wang等[24]发现在CeO ₂中掺杂适量Fe3+可以增加CeO ₂纳米颗粒表面氧空位浓度(Ce3+)，从而提高催化效率；Li等[25]研究发现在芬顿反应中Fe ₃O ₄与CeO ₂可能存在一定的协同作用，且在Fe与Ce摩尔比为1:1时，具有最好的催化效果。同时Al离子的加入使DBP降解效果进一步提高，原因是Al掺杂在催化剂中有利于催化剂表面活性中心电子密度的提高，有利于H ₂O ₂的良好吸附[11]，在电芬顿中起至关重要的作用。