CWAO中Mo/LDHs纳米薄膜催化剂的构筑及催化氧化机制研究

In respect to the catalytic wet oxidation process (CWAO) in mild reaction condition, preparation of Mo/LDHs nano-film and catalytic oxidation mechanism in CWAO process under room temperture and pressure. Through delamination of LDHs, the film materials are systhetised which have high catalytic activity in CWAO under room temperature and pressure. Oxidation reaction for organic wasterwater is researched. The main factors affecting CWAO reaction system are optimized by experimental identification.The active centers of the catalyst are identified using a variety of spectroscopic characterization techniques. Degradation pathway of phenol, reaction kinetic model and parameters are eatablished. On this basis, the method of density functional theory (DFT) is used to optimize the phenol molecule and catalyst which is to compute the adsorption geometry on the catalyst surface. Therefore,the relationship between the structure parameters and the catalytic activity of the catalyst is established. The research results will enrich and deepen the existing knowledge on CWAO degradation of organic wastewater under room tempreture and pressure. It will provide theoretical and practical reference for the construction of the excellent catalytic system has excellent performance in CWAO process under room tempreture and pressure.

围绕湿式催化氧化技术（CWAO）中反应条件温和的创新，开展常温常压湿式催化氧化中钼/类水滑石（LDHs）纳米薄膜催化剂的构筑及催化氧化机制研究。通过对LDHs进行剥层处理制备成无机薄膜材料，实现常温常压CWAO中有机废水的高度矿化和研究反应体系中有机废水氧化反应的催化调控规律；通过实验识别优化影响研究CWAO反应体系中主要因素；采用多种原位光谱表征技术和分析手段深入研究催化剂活性中心的状态，提出苯酚废水的降解途径，建立反应动力学模型，求解动力学参数，认识常温常压CWAO的有机废水氧化反应的调变规律。在此基础上，应用密度泛函理论（DFT）对苯酚分子和催化剂结构进行优化，计算苯酚和降解产物在催化剂表面的吸附几何构型，研究催化剂结构参数与催化活性的关系。研究结果将丰富和加深对常温常压湿式催化降解有机废水的反应特性的现有认识，为构建常温常压湿式催化氧化中性能优异的催化体系提供理论依据。

湿式催化氧化（Catalytic Wet Air Oxidation, 简称CWAO）技术由于可将废水中有毒有害有机物有效氧化分解，是国内外广泛应用处理有机废水的技术之一。为了解决高温高压反应条件问题，相关研究集中降低反应活化能，研发在温和条件下具有高催化活性的催化剂。项目研究以提高常温常压CWAO催化活性为前提，分析反应体系中有机废水氧化反应的催化调控规律，提出调控制备过程中pH和组分比例促进催化氧化反应，通过比较调控前后Mo/LDHs主要特性参数，确定调控机制。采用多种原位光谱表征技术和分析手段深入研究催化剂活性中心的状态，建立反应动力学模型，求解动力学参数，认识常温常压CWAO的有机废水氧化反应的调变规律。研究取得以下主要结果：（1）运用Medusa软件、UV-vis、XRD、FT-IR、BET和XPS等表征手段研究浸渍过程中pH对催化剂结构的影响。通过分析表明浸渍过程中pH影响溶液中Mo元素的存在形态，当浸渍过程中pH=7时，制备出的催化剂中仅含有正六价四面体Mo，其晶体组成主要为Na2MoO4 、Na2Mo4O13和Na2Mo2O7三种钼酸盐的混合物。（2）采用双滴法制备Zn-Al-LDHs，在超声辅助的条件下用甲酰胺剥层处理得到带正电荷的单片层，再与H3Mo12O40P片层通过层层自组装的方式制备出Mo/LDH纳米材料，在常温常压下能有效催化降解甲基橙废水。当组分比为1:0.4时，Mo/LDH纳米材料的结晶度最高，常温常压湿式催化氧化降解甲基橙的脱色率和TOC去除率分别为74.2%和66.2%，Mo的浸出率最低达到0.004 g/g和重复利用5次之后的脱色率仍能达到63.4%。（3）利用DFT计算得到染料分子的26个量子化学和物理化学参数，通过PLS回归分析方法建立QSPR最优模型有效预测染料废水的降解效率。模型中含有2个PLS主因成分，第一个主因成分与绝对硬度（η）和分子中原子的最负净电荷（q-）有关，第二个主因成分和偶极距（μ）有关。染料分子的η值越大，q-值的绝对值越小，脱色率越高，η、μ和q-是影响染料催化降解效率的主要因素。研究结果发表在Appl. Catal. B: Environ.和J. Mol. Liq.等SCI学术期刊，参加三次国内外学术会议，进行口头汇报交流。