不同预处理对CNT催化臭氧氧化降解草酸性能的影响

不同预处理对CNT催化臭氧氧化降解草酸性能的影响

 

       表2-2-5总结了经不同预处理后CNT表面物理化学性质的变化。经HNO3预处理后，CNT的pH(pzc)显著下降，这是因为CNT表面碱性官能团的减少和酸性官能团（内酯、苯酚、羧基）的增加。与CNT-HNO3相比，在N2或H2，气氛热处理下，CNT表面的酸性官能团数量显著减少，碱性官能团的数量明显增加，导致处理后的CNT的pH(pzc)显著增加。此外，经HNO3预处理后，CNT的介孔体积（Vmeso）明显增加，而表面积（Sbet）略有增加。热处理后，CNT-HNO3的Sbet和Vmeso分别略有下降。

       不同预处理条件下CNT催化臭氧氧化降解草酸性能时影响如图2-2-54所示，可以看出，与未经处理的CNT相比，HNO3处理后其催化活性明显降低，而在经过热处理后，其催化活性明显提高。而且经过更高热处理温度（950℃）处理的CNT具有更高的催化活性。进一步分析发现，CNT的pHpzc与草酸臭氧氧化的速率常数成线性关系。由于H2具有还原性，与N2气氛相比，H2气氛处理下的CNT酸性基团的减少和碱性基团的增加更显著，这也导致了其对草酸更高的去除率。综合分析可知，CNT的催化活性与其物理性质无直接相关性，但与其表面化学性质直接相关，碱性基团越多，pHpzc越高，其催化活性就越高。

       为了探究CNT催化臭氧氧化的机制，该工作研究了t-BA对不同热处理的CNT催化臭氧氧化降解草酸的影响。如图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别明显降低和轻微降低。然而，t-BA不会抑制CNT-N2-950、CNT-H2-450和CNT-H2-950催化臭氧氧化降解草酸的活性。这可能是因为经过不同热处理后CNT的表面性质发生了变化。

       在催化臭氧氧化降解有机污染物的过程中，CNT上的表面反应一般为臭氧在CNT表面吸附和分解以产生活性物质，可将吸附的草酸氧化成二氧化碳和水，而CNT表面反应对草酸的降解活性主要由CNT的表面性质决定。如上所述，经热处理后CNT的碱性基团明显增加，这可能在两个方面影响表面反应：一方面，有利于将臭氧和某些中间产物（如H2O2）转化为活性物种（如·OH）；另一方面，由于热处理后CNTpHpzc。的增加导致了其表面正电荷的增加，这有利于草酸阴离子吸附在CNT表面上。因此，CNT上碱性基团的增加会导致CNT表面反应催化活性的提高。此外，随着热处理后CNT表面反应的增强，在溶液中·OH与草酸的反应对草酸降解的贡献会减少。此外，由于t-BA几乎不会吸附在CNT表面，t-BA对CNT表面降解草酸的反应影响很小。因此，与CNT-HNO3相比，t-BA仅对CNT-N2-450的催化活性产生轻微的抑制作用。CNT的表面性质对其催化臭氧氧化降解草酸的活性有重要影响，具有较多碱性基团的CNT更有利于催化臭氧氧化降解草酸。