铁-谷氨酸-硅钨酸三元配合物作为高活性非均相类Fenton催化剂降解4-氯酚 - 尹冬菊 张立忠 赵秀峰 陈汉 翟倩 (催化学报, 2015)
Fenton氧化法通过Fe2＋离子催化分解H2O2产生羟基自由基,能够氧化降解绝大多数有机污染物.但是传统的均相Fenton氧化法使用高浓度二价铁盐作为催化剂,催化剂不便于回收利用,而且还会引发新的环境问题.另外,均相Fenton氧化法通常需要在p H约为3的酸性条件下进行,在较高pH条件下,有机物氧化降解速率降低,同时铁盐水解产生铁泥.文献报道了一些含铁固体材料作为非均相类Fenton催化剂,能够解决催化剂回收和重复利用问题,但是许多固体催化剂仍然只在酸性条件下表现出较高催化活性.多金属氧簇是除过渡金属氧化物之外的一类光催化剂.近年来,多金属氧簇在Fenton氧化过程中的应用开始受到关注.可以预计,含铁的多金属氧簇固体化合物有可能同时具有类Fenton催化活性和光催化活性.本文以三价铁盐（FeIII）、谷氨酸（Glu）和硅钨酸（SiW）为原料在水溶液中合成了一种不溶性的三元固体配合物FeШGlu SiW,并用电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）、热重分析（TG）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、X射线衍射（XRD）和场发射扫描电镜（FE-SEM）对FeШGlu Si W进行了表征.根据ICP-AES,TG和FT-IR结果推断,FeШGluS iW可能的化学组成为[Fe（C5H8NO4）（H2O）]2Si W12O40·13H2O,其中含有铁、谷氨酸根单元和Keggin结构的Si W4-12O40阴离子.FE-SEM和XRD测试结果表明,FeШGlu Si W是由结晶度较低、尺寸为100–200 nm的无规则颗粒组成,并含有无定形相.通过考察在自然初始p H 6.5条件下100 mg/L 4-氯酚（4-CP）在FeШGlu Si W（1.0 g/L）/H2O2（20 mmol/L）体系中的氧化降解反应,我们发现在暗态和光照条件下,4-CP完全降解所需时间分别为40和15 min,延长反应时间至2 h,总有机碳（TOC）去除率分别达到27%和72%.结果表明,FeШGlu Si W具有很高的催化活性,而且在光照条件下活性更高.进一步研究发现,FeШGlu Si W在p H 3–6.5范围内均表现出高的催化活性,而且在酸性条件下活性更高.用ICP-AES测定Fe元素在溶液中的析出量,证实4-CP氧化降解主要发生在固体催化剂表面.在反应体系中加入正丁醇能显著抑制