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FePMo12催化电如何降解染料废水

工业飞速发展使废水中有机物种类越来越多、治理难度大、色度高、浓度高且难降解，其中染料废水已成为国内外水处理的研究热点[1,2,3].被称为“环境友好”技术的电化学氧化法(electrochemicaloxidationprocess，EOP)是近年逐渐发展的一种处理难降解有机污染物的水处理技术，可以使污染物在电极上发生直接电化学反应或间接电化学转化，使难降解的有机物在常温常压下分解，达到染料脱色的目的.但是，电化学氧化法效率低、能耗大等缺点使得该法不能在工业领域广泛应用[4,5,6,7].

多金属氧酸盐(polyoxometalates,POM)是一类具有确定组成和规则结构的金属氧簇化合物，在均相和非均相体系中，可作为性能优异的酸碱、氧化还原或双功能催化剂[8].因此，为提高间接电化学氧化技术处理效率，采用杂多酸作为催化剂来强化电解过程.然而POM的比表面积很小(1~10m2·g-1)，限制了其催化性能的发挥;同时，POM在一些极性溶剂中存在着溶解和流失的问题[9,10].

本研究选用比表面积较大、热稳定性较高的介孔4分子筛(4A)作为固载型POM的载体.为提高分子筛的化学稳定性和抗酸碱能力，采用偶联剂对4A进行化学修饰.将Keggin结构的磷钼酸铁(ironphosphomolybdate，FePMo12)负载于修饰后的载体上制备FePMo12/APTES-4A催化剂，将其填充于电化学反应器中，研究催化剂强化电化学氧化法降解染料废水的处理效果，考察各因素对体系脱色效果的影响.

1材料与方法

1.1实验材料

酸性大红3R，分子式：C20HllN2O10S3·3Na，工业纯，天津一商化工贸易有限公司染料分公司生产;3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES),分子式：H2NCH2CH2CH2Si(OC2H5)3，分析纯，上海楷洋生物技术有限公司;4?分子筛(4A)，有效孔径为0.4nm，天津市永大化学试剂有限公司;磷钼酸(H3PMo12O40·xH2O，PMo12)，分析纯，天津市大茂化学试剂厂;H2SO4，分析纯，石家庄华迪化工工贸有限公司;NaOH，分析纯，天津市永大化学试剂有限公司.

1.2FePMo12/APTES-4A催化剂的制备

称取11.3g磷钼酸，溶于90℃的50mL热水中，搅拌条件下，加入2.02g溶于少量热水的硝酸铁，20g溶于20mL热水的乙酸钾，混合物90℃维持2min，过滤，冷却到60℃，搅拌条件下加等体积甲醇，5℃放置24h，析出的晶体用最少量的热水重结晶3次，55℃干燥，得FePMo12备用.

取50g预处理后的4A分散在50mL甲苯中，再加入3mL的APTES;将此混合溶液回流且室温搅拌12h，倒出液体，分子筛25℃干燥，即得到经过APTES修饰的载体分子筛APTES-4A;取上述4A50g分散在15mL一定浓度的FePMo12水溶液中，控制溶液pH值在6~7之间，室温下搅拌24h，用80℃的蒸馏水洗涤数次，室温下干燥，即得到负载型多金属氧酸盐杂化催化剂FePMo12/APTES-4A.

1.3实验装置

电-多相催化氧化反应装置，主要由聚乙烯板制成的外壳、阴极石墨板，阳极DSA电极(两极板间距可调)，催化粒子FePMo12/APTES-4A组成.电源电压可调范围为0~40V，电流可调范围为0~10A，反应器底部设有曝气孔.

1.4实验方法

用1mol·L-1的H2SO4和NaOH来调节酸性大红3R的初始pH值.向反应槽内加入50g催化剂FePMo12/APTES-4A和250mL浓度为500mg·L-1的模拟酸性大红3R染料废水，调节电压和电流，接通电源，打开曝气装置控制曝气流量.每隔一定时间取槽内溶液进行分析.实验前将床体填料在模拟染料废水中浸泡吸附至饱和，以消除填充粒子吸附作用对脱色效果的影响.

1.5分析方法

1.5.1催化剂的表征

采用KBr压片，Nicolet6700/FT-Ramanmodules红外光谱分析仪在500~4000cm-1范围内测定透光率.日本Rigaku-D/Max-2500型X-射线粉末衍射仪测定，Cu靶，步长0.02，管电压40kV，管电流100mA，2θ测定范围：0.5°～100°.

1.5.2水样分析

模拟的染料废水pH采用雷磁pHS-3CpH计测定;吸光度采用Vis-7220型可见-紫外分光光度计测定.用UV2600在400~700nm波长下对酸性大红3R的吸光度进行光谱扫描，确定酸性大红3R的