Page 144 - 《精细化工》2022年第9期

·1862· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

应速率再次提高。这是因为随着 Fe 3 O 4 /MCC/SEP 投 剧烈，有利于反应的进行，使得 MB 去除率提高 [30] 。
入量的增加，表面活性位点的数量增多，加速了 所以，最佳反应温度为 25 ℃。
H 2 O 2 的分解，从而产生更多的自由基（如•OH） [28] 。
微球投入量为 0.03、0.04、0.05 g 时，MB 的去除率
十分相近，为了节约资源，选择 Fe 3 O 4 /MCC/SEP 用
量为 0.02 g 进行后续实验。
2.2.3 H 2 O 2 添加量对降解的影响
图 8 为反应温度 25 ℃，MB 质量浓度为 10 mg/L、
pH 为 3、Fe 3 O 4 /MCC/SEP 投加量为 0.02 g 时 MB 的
降解情况。由图 8 可知，当 H 2 O 2 用量从 1 mL 增加
到 3 mL 时，反应 360 min 时 MB 去除率从 82.0%提
高到 92.1%。增加 H 2 O 2 可产生更多的•OH，•OH 与
MB 分子碰撞的机会增加，使得降解效率提高。但 图 9 温度对 MB 去除率的影响
Fig. 9 Effect of temperature on removal rate of MB
当 H 2 O 2 添加量从 5 mL 增加到 7 mL 时，去除率反

而有下降的趋势。这是由于 H 2 O 2 浓度过高时，产 2.2.5 催化性能的比较
生的•OH 可以与 H 2 O 2 发生反应，过量的 H 2 O 2 反而 为了更好地说明 Fe 3 O 4 /MCC/SEP 的催化效果，
降低了•OH 的浓度 [28] ，抑制了 MB 的降解，去除率 将其与已经报道的同类 Fe 3 O 4 复合催化剂进行了比
则由 H 2 O 2 体积为 5 mL 时的 99.0%下降至 H 2 O 2 体 较，结果如表 2 所示。由表 2 可以看出，与报道的
积为 7 mL 时的 93.0%。此外，过量的 H 2 O 2 会在催 同类催化剂相比，综合考虑催化剂用量、MB 浓度
3–
化剂表面形成 Fe(OH) 6 的惰性氧化膜 [29] ，使得 MB 以及反应时间等因素，Fe 3 O 4 /MCC/SEP 的催化效率
去除率降低。 较为突出。

表 2 同类 Fe 3 O 4 复合催化剂对 MB 的催化性能对比
Table 2 Comparison of catalytic properties of similar Fe 3 O 4
composite catalysts on MB

质量浓 MB 质量 去除
催化剂 度/ 浓度/ 时间/ 文献
min 率/%
（mg/L） （mg/L）
Fe 3O 4/diatomite 1200 100 360 98 [11]
MnO 2-Fe 3O 4/CH 4000 50 60 96.8 [12]

Fe 3O 4/Co 3O 4 400 10 360 >90 [13]
5000 5 60 98.7 [31]
Fe 3O 4/α-Fe 2O 3
图 8 H 2 O 2 添加量对 MB 去除率的影响 Fe 3O 4/CuO 1600 10 90 94 [32]
Fig. 8 Effect of H 2 O 2 dosage on removal rate of MB Fe 3O 4/BAC 1200 100 480 >90 [33]

2.2.4 反应温度对降解的影响 Fe 3O 4/MCC/SEP 200 10 300 99 本文
注：diatomite 为硅藻土；CH 为壳聚糖；BAC 为生物质活
反应温度对Fe 3O 4/MCC/SEP的催化性能有重要的
性炭。
促进作用。当 MB 质量浓度为 10 mg/L、pH 为 3、Fe 3 O 4 /
MCC/SEP 投加量为 0.02 g、H 2 O 2 添加量为 5 mL 时， 2.2.6 催化降解反应机理讨论
考察了磁性微球在温度分别为 25、35、45、55 ℃ 根据本文实验结果，提出了 Fe 3 O 4 /MCC/SEP 催
的条件下对 MB 的降解情况，结果如图 9 所示。由 化降解 MB 可能的反应机理，如图 10 所示。可以推
图 9 可知，随着温度的升高，Fe 3O 4/MCC/SEP 对 MB 断，在 Fe 3 O 4 /MCC/SEP+H 2 O 2 体系中，MB 的降解
的去除率随之提高。当温度为 25 ℃，反应 120 min 是吸附和异相 Fenton 催化的协同效应所致。首先，
时，Fe 3 O 4 /MCC/SEP 对 MB 的去除率为 78%；但当 MB 被吸附至 Fe 3 O 4 /MCC/SEP 表面进行富集；然后，
温度升高至 55 ℃时，只需反应 100 min，Fe 3 O 4 / Fe 3 O 4 /MCC/SEP 中的 Fe 3 O 4 催化 H 2 O 2 产生强氧化
MCC/SEP 对 MB 的去除率就达到 97%。这是因为温 性•OH，•OH 进一步催化降解 MB。其中，异相 Fenton
度较低的条件下，H 2 O 2 生成•OH 的速率较低，降解 反应过程参见公式（2）~（5） [14] 。Fe 在 H 2 O 2 的
2+
3+
2+
过程缓慢；当温度升高时，催化剂的活性逐渐提高， 作用下被氧化为 Fe ，过程中存在 Fe /Fe 的循环
3+
2+
•OH 的产生速率加快，其与 MB 分子的有效碰撞更加 反应。Fe 在酸性条件下催化 H 2 O 2 分解并释放出具