稀土元素掺杂Ti改性MCM-41介孔分子筛催化臭氧氧化水中有机污染物的研究

催化臭氧氧化技术可以氧化单独臭氧氧化不能有效去除的难降解有机污染物；而高吸附高活性双功能高效催化剂的研制对其广泛应用有着重要意义。本项目拟定开展改性MCM-41介孔分子筛用于催化臭氧氧化水中有机污染物的研究。重点在于：（1）稀土元素（如Ce、La等）掺杂Ti改性的高吸附高活性双功能MCM-41介孔分子筛催化剂研制；（2）改性MCM-41介孔分子筛催化剂制备过程、材料组成和臭氧氧化过程对其形态的影响，以及与催化剂活性和稳定性之间的关系；（3）改性MCM-41介孔分子筛催化剂强化臭氧和有机污染物的传质过程以及吸附与臭氧氧化有机污染物之间的协同机制；（4）改性双功能分子筛催化剂催化臭氧氧化处理后出水水质安全性。本项目研究为催化臭氧氧化水中有机污染物所用的高吸附高活性双功能分子筛催化剂制备提供一种简便、易行的方法，有望为催化臭氧氧化技术和MCM-41介孔分子筛在水处理中的实际应用提供可实现性。

本项目已经按计划采用水热法制备出TiO2、Ce和Ti等掺杂改性MCM-41（Ce-MCM-41、Ti-MCM-41等）介孔分子筛催化剂，同时增加了Fe等掺杂改性MCM-41和SBA-15介孔分子筛研制，优化了制备工艺。研究了活性组分对改性MCM-41介孔分子筛催化剂活性、稳定性和寿命的影响，催化剂结构与吸附性、活性和稳定性之间关系；结果表明它们在催化臭氧氧化降解对氯苯甲酸、邻苯二甲酸二甲酯和草酸过程中均表现出良好的活性，能将这些污染物完全矿化，改善了出水水质。在矿化有机物方面，催化剂和臭氧氧化之间具有协同效应。与浸渍法制备的负载型催化剂相比，掺杂改性后的催化剂具有非常好的稳定性；低剂量Ce和Fe等掺杂不会破坏分子筛的介孔结构。此外，提出了改性催化剂催化臭氧氧化相关有机污染物的反应机理。. 至目前为止，在该项目支持下，已在国内外重要学术刊物上发表研究论文11篇（9篇为SCI刊源）；其中，1篇发表在Journal of Materials Chemistry上、2篇发表在Applied Catalysis B: Environmental上、2篇发表在Journal of Hazardous Materials上和3篇发表在Chemical Engineering Journal等上；另外有会议论文2篇。该项目已经培养出4名全日制硕士研究生，他们已分别于2011年7和2012年7月毕业。此外，项目主持人按计划（与6名从事该项目的全日制硕士研究生一起）于2011年9月参加了在上海举办的第六届全国环境化学大会等相关会议，其中4名研究生分别于2010年6月和2012年8月在成都举办的The International conference on Environmental Pollution and Public Health (EPPH2010)和在天津举办的第十一届水处理化学大会分会上作报告；同时主持人也按计划于2011年11月去美国圣地亚哥参加了一次国际会议[The 17th International Conference on Advanced Oxidation Technologies for Treatment of Water, Air and Soil (AOTs-17)]，并应邀作口头报告。因此项目负责人认为课题组圆满完成了该项目的主要研究内容。