不同預(yù)處理對CNT催化臭氧氧化降解草酸性能的影響

 

       表2-2-5總結(jié)了經(jīng)不同預(yù)處理后CNT表面物理化學(xué)性質(zhì)的變化。經(jīng)HNO3預(yù)處理后，CNT的pH(pzc)顯著下降，這是因為CNT表面堿性官能團的減少和酸性官能團（內(nèi)酯、苯酚、羧基）的增加。與CNT-HNO3相比，在N2或H2，氣氛熱處理下，CNT表面的酸性官能團數(shù)量顯著減少，堿性官能團的數(shù)量明顯增加，導(dǎo)致處理后的CNT的pH(pzc)顯著增加。此外，經(jīng)HNO3預(yù)處理后，CNT的介孔體積（Vmeso）明顯增加，而表面積（Sbet）略有增加。熱處理后，CNT-HNO3的Sbet和Vmeso分別略有下降。

       不同預(yù)處理條件下CNT催化臭氧氧化降解草酸性能時影響如圖2-2-54所示，可以看出，與未經(jīng)處理的CNT相比，HNO3處理后其催化活性明顯降低，而在經(jīng)過熱處理后，其催化活性明顯提高。而且經(jīng)過更高熱處理溫度（950℃）處理的CNT具有更高的催化活性。進一步分析發(fā)現(xiàn)，CNT的pHpzc與草酸臭氧氧化的速率常數(shù)成線性關(guān)系。由于H2具有還原性，與N2氣氛相比，H2氣氛處理下的CNT酸性基團的減少和堿性基團的增加更顯著，這也導(dǎo)致了其對草酸更高的去除率。綜合分析可知，CNT的催化活性與其物理性質(zhì)無直接相關(guān)性，但與其表面化學(xué)性質(zhì)直接相關(guān)，堿性基團越多，pHpzc越高，其催化活性就越高。

       為了探究CNT催化臭氧氧化的機制，該工作研究了t-BA對不同熱處理的CNT催化臭氧氧化降解草酸的影響。如圖2-2-55所示，加入t-BA后，CNT-HNO3和CNT-N2-450催化臭氧氧化降解草酸的去除率分別明顯降低和輕微降低。然而，t-BA不會抑制CNT-N2-950、CNT-H2-450和CNT-H2-950催化臭氧氧化降解草酸的活性。這可能是因為經(jīng)過不同熱處理后CNT的表面性質(zhì)發(fā)生了變化。

       在催化臭氧氧化降解有機污染物的過程中，CNT上的表面反應(yīng)一般為臭氧在CNT表面吸附和分解以產(chǎn)生活性物質(zhì)，可將吸附的草酸氧化成二氧化碳和水，而CNT表面反應(yīng)對草酸的降解活性主要由CNT的表面性質(zhì)決定。如上所述，經(jīng)熱處理后CNT的堿性基團明顯增加，這可能在兩個方面影響表面反應(yīng)：一方面，有利于將臭氧和某些中間產(chǎn)物（如H2O2）轉(zhuǎn)化為活性物種（如·OH）；另一方面，由于熱處理后CNTpHpzc。的增加導(dǎo)致了其表面正電荷的增加，這有利于草酸陰離子吸附在CNT表面上。因此，CNT上堿性基團的增加會導(dǎo)致CNT表面反應(yīng)催化活性的提高。此外，隨著熱處理后CNT表面反應(yīng)的增強，在溶液中·OH與草酸的反應(yīng)對草酸降解的貢獻會減少。此外，由于t-BA幾乎不會吸附在CNT表面，t-BA對CNT表面降解草酸的反應(yīng)影響很小。因此，與CNT-HNO3相比，t-BA僅對CNT-N2-450的催化活性產(chǎn)生輕微的抑制作用。CNT的表面性質(zhì)對其催化臭氧氧化降解草酸的活性有重要影響，具有較多堿性基團的CNT更有利于催化臭氧氧化降解草酸。