Page 188 - 《精细化工》2020年第6期

·1254· 精细化工 FINE CHEMICALS
2+
研究表明，尽管 Co 对过硫酸盐的活化具有较
2+
好的活性 [9-11] ，但 Co 具有毒性，会对环境造成二
次污染，而非均相催化氧化技术就可以解决这一问
题 [12-13] 。类水滑石（层状双金属氢氧化物，LDHs）
可用作非均相催化剂，它具有层间离子的可交换性
酸碱双功能性 [16] 、热稳定性 [17] 、记忆效应 [18] 等特性。
x+
n–
其化学组 成 可表示为 [M 2+ 1–x M 3+ x (OH) 2 ] (A ) x/n •
mH 2 O] [19] ，其中，M 代表金属阳离子，常用的 M
2+
2+
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有 Mg 、Cu 、Mn 、Zn 、Ni 和 Co 等，常见
3+
n–
3+
3+
3+
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的 M 有 Al 、Fe 、Ga 和 Cr 等；A 代表层间
3+
3+
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阴离子；x 为 n(M )/n(M +M )；m 为层间水分子
个数。卜然 [20] 分别采用 Co/Fe 类水滑石、Co/Mn 类
水滑石、Ni/Mn 类水滑石和 Mn/Fe 类水滑石催化
H 2 O 2 降解染料废水，发现 Co/Fe 类水滑石的降解效
果最好，脱色率可达 93.0%。刘磊等 [21] 采用 Co/Fe 类水
滑石催化 H 2 O 2 降解直接红染料，脱色率可达 95.0%。
此外，类水滑石经焙烧后可得到焙烧态类水滑石，
也称复合金属氧化物（LDO），其比表面积增大且具
有结构记忆性，在水处理中常用作吸附剂和催化剂
本文尝试采用共沉淀法来制备 Co/Fe 类水滑石
（Co/Fe-LDHs），经高温焙烧制得焙烧态 Co/Fe 类
水滑石（Co/Fe-LDO），将其用作活化剂活化过硫酸
钠（PS）处理模拟含酚废水。对其结构和性质进行
分析，考察反应时间、投加量、投加比、pH、苯酚
初始质量浓度等因素对其活化过硫酸钠降解苯酚的
影响，探究其反应机理，旨在为过硫酸盐活化技术
的开发提供思路。
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
C O (NO 3 ) 2 •6H 2 O、Fe(NO 3 ) 3 •9H 2 O、苯酚、PS、
铁氰化钾、甲醇、氨水、氯化铵、4-氨基安替比林，
分析纯，国药集团化学试剂有限公司。
XRD-2000 型 X 射线衍射仪，丹东浩元仪器有
限公司； ASAP-2020 型 比表面积分 析仪，美国
Micromeritics 公司；JSM-6700F 型电子扫描电镜，
日本 Jeol 公司；722N 型可见分光光度计，上海仪电
分析仪器有限公司；TU-1810PC 型紫外-可见分光光
度计，北京普析通用仪器有限责任公司；BLMT 型
高温节能立式箱式炉，洛阳市博莱曼特试验电炉有
限公司；DF-101S 型集热式恒温加热磁力搅拌器，
河南予华仪器有限公司；ESCALAB 250Xi 型 X 射
线光电子能谱仪，美国 ThermoFisher 公司。
1.2 样品制备
采用共沉淀法制备 Co/Fe-LDHs，焙烧法制备
Co/Fe-LDO。将 C O (NO 3 ) 2 •6H 2 O 与 Fe(NO 3 ) 3 •9H 2 O 2.1.1
按 n(C O)∶n(Fe)=3∶1 配制成阳离子浓度为 1.0 mol/L
第 37 卷
的混合溶液 A 50.0 mL，再将 NaOH 和 Na 2 CO 3 按物
质的量比 2∶1 配制成阴离子浓度为 1.2 mol/L 的混
合溶液 B 50.0 mL。将混合溶液 A、B 同时逐滴滴入
[14] 盛有 100.0 mL 去离子水的烧杯内，恒温 60.0 ℃，
[15] 、 剧烈搅拌，控制 pH 在 8.0~8.5（2.0 mol/L NaOH 溶
液调节 pH），滴完后继续搅拌 30.0 min，然后置于
80.0 ℃烘箱陈化 24.0 h，冷却至室温后进行抽滤，
2+ 滤饼用去离子水反复清洗至中性，置于 100.0 mL 瓷
坩埚中，放入 80.0 ℃烘箱过夜干燥，将所得固体碾
成粉末，得到 Co/Fe-LDHs。于马弗炉中 450.0 ℃下
焙烧 3.0 h 得到 Co/Fe-LDO。
1.3 表征方法
采用 X 射线衍射仪测试样品的物相结构，Cu
K α 射线，管电流为 20.0 mA，管电压为 36.0 kV，步
进角度为 0.02°。采用比表面积分析仪测试样品的比
表面积和平均孔径，以 N 2 为吸附质，吸附温度为
77.0 K，测定前，样品在 200.0 ℃下真空脱气 2.0 h。
采用电子扫描电镜测试样品的表面形貌，并利用
[22] 。 EDS 对样品的表面组成成分进行定性分析。采用 X
射线光电子能谱仪测试样品的表面元素价态，射线
源功率为 200.0 W，能量为 1486.6 eV。
1.4 降解实验
取 100.0 mL 质量浓度为 250.0 mg/L 的苯酚溶液
于锥形瓶中，加入适量 Co/Fe-LDHs 或 Co/Fe-LDO
和 PS，密封后置于恒温振荡器中在 25.0 ℃下振荡。
每隔 5 min 取 10.0 mL 水样于烧杯中，加入 1.0 mL
甲醇终止反应，过滤后取 0.25 mL 滤液于 50.0 mL
比色管中，加超纯水稀释至刻度线，采用 4-氨基安
替比林比色 法绘制标准曲线，所得拟合方程为
2
y=0.2366x+0.3937 (R =0.9998)，采用公式（1）计算苯
酚质量浓度，公式（2）计算苯酚降解率，公式（3）
计算苯酚去除量。
S
  A    200 （1）
 b  
0
 / %    100 （2）
m   V 0 （3）
0
式中：ρ 为试样中苯酚的质量浓度，mg/L；A S 为试
样的吸光度值；为苯酚标准曲线的截距值；b 为苯
酚标准曲线的斜率；η 为苯酚的降解率，%；ρ 0 为试
样中苯酚的初始质量浓度，mg/L；m 为苯酚的去除
量，mg；V 为苯酚的体积，L。
2 结果与讨论
2.1 类水滑石的表征
XRD 分析
图 1 是样品的 XRD 图。