Page 160 - 《精细化工》2023年第2期

·382· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

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在 500~4000 cm 的波数内测定样品的 FTIR；在扫描 化剂经离心回收、水洗、105 ℃干燥 6 h 后再次对
宽度 80.0 G、微波频率 9.76 GHz、微波功率 40.50 mW TCH 按照 1.3.2 节步骤进行降解实验，考察多次循
工况下对样品进行电子顺磁共振（EPR）测试。 环使用后铈氮改性水热炭对 TCH 降解率的影响。
1.3.2 过硫酸钾活化实验
所有实验均在黑暗避光条件下进行。常温下， 2 结果与讨论
将 20 mg 铈氮改性水热炭添加至 100 mL 质量浓度
2.1 催化剂的结构表征
为 20 mg/L 的 TCH 溶液中（pH=4.7），通过 1.0 mol/L
2.1.1 XRD 分析
的 NaOH 和 HCl 调节 TCH 溶液的 pH，研究不同 pH
CeO 2 和 Ce 0.3-N-HTC 的 XRD 如图 1 所示。可以
条件下 TCH 降解率，过硫酸钾添加量为每升溶液 看出，Ce 0.3-N-HTC 在 2θ=28.6°、33.1°、47.5°、56.4°

0.27 g（即 0.27 g/L）。分别在 0、10、20、30、40、
处出现的衍射峰分别对应 CeO 2 标准图谱（JCPDS
50、60、70 min 取样，并通过 0.22 μm 微孔滤膜过
No.43-1002）中(111)、(200)、(220)和(311)晶面，峰
滤后使用 ZORBAX Eclipse XDB-C18 柱（150 mm ×
形尖锐且无杂峰，表明水热炭表面 CeO 2 晶型结构比
4.6 mm × 5 μm），通过高效液相色谱仪测定 TCH 峰
较完整。但改性水热炭衍射峰强度比 CeO 2 弱，可能
面积。流动相为体积分数 75%的甲酸水溶液和体积
是 CeO 2 进入水热炭间隙，导致衍射峰遮蔽。改性水
分数 25%的甲醇水溶液（两者体积比为 4∶1），恒
热炭的衍射峰峰宽略微增加可能与 CeO 2 颗粒粒径略
定流速为 1.0 mL/min。通过峰面积与质量浓度之间
微变小有关 [25] ，这与 Scherrer 公式计算的结果相符，
的标准曲线计算 TCH 质量浓度（y=2362.4x–34.6；y

改性前后粒径分别为 97.5 和 87.2 nm。与此同时，高
代表峰面积，单位为 a.u.；x 代表 TCH 质量浓度，
暴露的(111)晶面能量较高，容易形成氧化空位，更
单位为 mg/L）。所有实验均进行 3 次，取平均值作 [26]
利于有机污染物的降解 。
为最终结果，并按式（1）计算 TCH 的降解率：
降解率/%=(ρ 0 –ρ t )/ρ 0 ×100 （1）
式中：ρ 0 为 TCH 初始质量浓度，mg/L；ρ t 为反应 t
时刻 TCH 剩余质量浓度，mg/L。
1.4 阴离子影响实验
阴离子在自然水体中广泛存在，为此分别开展
–
–
HCO 3 和 Cl 对改性水热炭活化过硫酸盐的影响研
究。将 20 mg 的 Ce 0.3 -N-HTC 添加至 100 mL 质量浓
度为 20 mg/L 的 TCH 溶液中，调节 pH=7.0，过硫酸

钾用量为 0.27 g/L，NaHCO 3 或 NaCl 质量浓度为 250

mg/L，分别在 0、10、20、40、60、80、100 min 取样， 图 1 样品的 XRD 谱图
计算 TCH 的降解率。 Fig. 1 XRD patterns of samples

1.5 催化剂循环利用实验 2.1.2 理化性质分析
为了验证改性水热炭的稳定性和可回收利用 通过元素分析测定了改性前后水热炭的元素组成，
性，进行了多次重复实验。将每次反应结束后的催 结果如表 1 所示。

表 1 水热炭的元素组成及比表面积
Table 1 Element composition and specific surface area of hydrothermal carbon
元素质量分数/% 原子个数比
2
样品 比表面积/(m /g)
C H O N 其他 H/C O/C (N+O)/C
HTC 48.25 34.24 3.25 25.25 0.32 36.94 1.14 0.55 0.55
N-HTC 53.32 35.29 3.56 24.08 6.31 30.76 1.21 0.51 0.66
Ce 0.1-N-HTC 54.53 37.31 5.16 33.65 5.25 18.63 1.66 0.68 0.80
Ce 0.3-N-HTC 56.17 39.25 5.01 31.14 5.16 19.44 1.53 0.60 0.71
Ce 0.5-N-HTC 52.76 40.22 4.86 30.24 5.29 19.39 1.45 0.56 0.67

由表 1 可以看出，H/C、O/C 和(O+N)/C 的原子个 加速水热炭芳构化进程，促进表面含氧基团的产生 [28] 。
数比分别代表改性前后水热炭的芳香性、亲水性和极性 H/C、O/C 和(O+N)/C 原子个数比随着 CeO 2 掺杂量从 0
大小 [27] 。与未改性水热炭相比，铈氮改性水热炭 H/C g 增加到 0.5 g 表现为先增加后降低的趋势，这可能与
和(O+N)/C 明显增加，这是因为一定量的氧化剂能够 CeO 2 添加引起 H、O 元素质量分数的快速下降密切相