Page 220 - 《精细化工》2023年第11期

·2532· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

C 1s、Al 2p；反应后在结合能 934.52、531.87、285.35、 去除 RhB 的催化机理如图 20 所示，一方面，CuAl
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75.82 eV 的 4 个峰依然对应 Cu 2p、O 1s、C 1s、Al 2p， 2:1-LDO 表面的 Cu 和 Cu 可以成功激活 PMS 生成
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表明复合材料反应前后元素组成基本不变，稳定性较 SO 4 •和•OH，并伴随 Cu 与 Cu 之间的转换〔式（8）、
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高。如图 18b 所示，反应前在结合能 530.34 和 531.92 （9）、（10）〕，产生的 SO 5 •反应生成 SO 4 •〔式（11）
eV 的两个峰分别对应晶格氧（O V，51.38%）和氧空 和（12）〕 [36-37] 。值得注意的是，存在其他途径产生
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位（O L，48.62%），O V 的增加是由于在氧化铜中引入 少部分的 O 2 。CuAl 2:1-LDO 的异质结构导致电子
了非氧化还原的氧化铝所致 [30] 。反应结束后，O V 占比 分布不对称，导致强结合氧部分转化为弱结合氧。
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降至 28.87%，说明 O V 参与了 O 2 的产生 [31] ，这与淬 这导致了 O V 的形成和活性氧（O ）的释放，并进一
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灭实验结果相符。如图 18c 所示，Cu2p 的 XPS 光谱 步与 HSO 5 反应生成 O 2 〔式（13）〕 [38] 。Al 不具有
可以拟合为两个峰，结合能为 933.87 和 935.21 eV 的 催化能力，这与先前的 Co-Mg-Al 活化过硫酸盐研
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峰，分别对应于 Cu 和 Cu 。反应后 Cu 含量降低， 究一致 [39] 。
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Cu 含量升高，是由于 Cu 向 PMS 提供一个电子，导
致其分解和形成氧化性强的自由基〔式（8）、（9）和
[32]
（10）〕 。Al 2p 的 XPS 光谱如图 18d 所示，氧化铜
和氧化铝都支持许多活性位点，并提高了复合金属氧
化物形成过程中的比表面积 [33] 。
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Cu +HSO 5 →Cu +SO 5 •+H （8）
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Cu +HSO 5 →Cu +SO 4 +•OH （9）
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Cu +HSO 5 →Cu +SO 4 •+OH （10）
2.8.3 UV-Vis 光谱分析
为了探究 RhB 的去除变化，测定不同反应时间
RhB 溶液的紫外-可见吸收光谱如图 19 所示，RhB

的主要特征峰位于 260、354、554 nm 处。其中，250~
350 nm 的吸收峰归结于 RhB 的芳香环，350 nm 吸 图 20 CuAl 2:1-LDO/PMS 系统中 RhB 的去除机制
收峰为共轭双键 [34] 。另外，峰强度随着反应的进行 Fig. 20 Mechanisms of RhB removal in CuAl 2:1-LDO/PMS
system
而明显减弱，说明芳香环和共轭双键被破坏，与
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554 nm 处特征峰表现出的趋势一致。在 554 nm 处， SO 5 •+SO 5 •→2SO 4 •+O 2 （11）
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最大吸附峰没有明显的偏移，吸光度逐渐降低表明， Cu +O 2 →Cu +O 2 • （12）
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CuAl 2:1-LDO、PMS 和 RhB 之间没有形成其他复杂 O +HSO 5 → O 2 +HSO 4 （13）
物质。由此可见，CuAl 2:1-LDO 激活 PMS 产生的
自由基优先作用于芳香烃环，并在 30 min 内将 RhB 3 结论
分解为小分子有机物 [35] 。 本文主要围绕 PMS-AOPs 技术展开，通过简单
的沉淀-煅烧法合成了 4 种不同铜铝物质的量比（1∶
2、1∶1、2∶1 和 4∶1）的 CuAl-LDO 催化剂，分
别构建 CuAl-LDO/PMS 体系用于去除 RhB。结合催
化剂物化性质和催化效果进行对比筛选。在鉴定反
应活性物种的基础上，探究反应机理，讨论共存物
质对优选体系催化效果的影响，明确催化体系的适
用范围。主要结论如下：
（1）通过 SEM、XRD、FTIR、XPS 和 BET 等
表征手段对 CuAl-LDO 进行研究，发现该催化剂由
众多六边形结构聚集而成、纯度较高、结构稳定；
LDO 的孔径总体上小于 LDH，煅烧可以产生更小的
图 19 RhB 溶液的紫外-可见吸收光谱图
Fig. 19 UV-Vis absorption spectra of RhB solution 介孔，增加比表面积；反应前后 Cu 的价态变化大
且结构未发生明显变化，说明 Cu 是 PMS 的活性位
2.8.4 CuAl 2:1-LDO 活化 PMS 的机理探究 点、LDO 反应后没有恢复 LDH 的趋势。其次
基于以上实验结果，CuAl 2:1-LDO 活化 PMS CuAl-LDO 具有较多的表面羟基是 CuAl 2:1-LDO 催