近年来,随着工业化的不断发展,水污染问题日益严重。由于染料作为一种不可或缺的工业原料,导致了染料废水对环境的污染问题尤为突出。零价铁活性炭(Fe-C)内微电解(Internal micro-electrolysis,IME)是20世纪70年代发展起来的废水处理技术,目前已广泛应用于各种工业废水处理。然而,传统的IME过程受到操作p H范围窄、催化剂易于钝化、氧化能力不足等问题。为此我们提出了微电解-类Fenton体系解决传统IME氧化能力不足和p H范围窄的问题。以具有框架结构的金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)为基体,在氮气保护的条件下煅烧得到了纳米复合材料用于微电解-类Fenton催化降解模拟染料废水罗丹明B(Rh B)。本课题通过合成钴/铁@多孔石墨碳(Co/Fe@PC)、铜/铁@氮掺杂多孔石墨碳(Cu/Fe@PCN)、锌/铁@氮掺杂多孔石墨碳(Zn/Fe@PCN)三种催化剂用于微电解-类Fenton催化降解Rh B,并评价了其催化性能,探讨了催化降解机理。主要的研究内容及结果如下:(1)以Co/Fe-MOF为基体,通过一步热解法成功制备了Co/Fe@PC纳米复合材料,发现Co Fe纳米颗粒均匀包覆在MOF衍生的多孔石墨碳上。使用该催化剂通过微电解-Fenton过程降解Rh B,通过自由基淬灭实验发现主要活性物质是·OH。100 mg/L的Rh B在30 min内,色度和TOC去除率分别达到99.41%和64.6%。此外,罗丹明B的降解通过N-脱甲基和发色团裂解降解为小分子有机酸、醇类和脂类,直至最终降解为CO₂和H₂O,且降解过程中没有新的有色有机物产生。动力学分析表明降解过程遵循一级反应动力学,其速率常数远高于以往的同类研究。Co/Fe@PC催化剂的优异催化性能归因于微电解和Fenton反应的耦合作用,以及Co对电子传递和Fe²⁺还原的加速作用,保证了Rh B的高效降解。(2)以g-C₃N₄掺杂的Cu/Fe-MOF为原料,通过一步热解成功制备了具有核壳结构的氮掺杂铜/铁@多孔石墨碳Cu/Fe@PCN纳米复合材料,并将其应用于活化过氧单硫酸盐(PMS)降解Rh B。研究发现Rh B的降解是一个以吸附和活化PMS产生非自由基单线态氧(~1O₂)为主的微电解-类Fenton降解过程。降解主要是通过发色基团的裂解、开环和矿化来实现的。30 min内,50 mg/L的Rh B的降解率达到100%,速率常数达到0.5307 min^-1。Cu/Fe@PCN催化剂的优异性能归因于Cu和Fe的协同作用。Cu的掺杂不仅加速了电子传递,促进了Fe²⁺的有效还原,而且形成了Fe²⁺/Fe³⁺和Cu⁺/Cu²⁺的循环体系,保证了催化剂的高效催化活性。该研究为微电解-类Fenton体系降解污染物提供了一些新思路。(3)以g-C₃N₄为氮源,通过一步热解法碳化g-C₃N₄和Zn/Fe-MOF的混合物成功制备出锌/铁@氮掺杂多孔石墨碳催化剂Zn/Fe@PCN,并将其应用于活化硫酸盐(PS)降解Rh B。发现Rh B的降解是以吸附和活化PS为主的微电解-类Fenton降解过程。在30 min内,50 mg/L的Rh B的降解率为95.92%,反应速率常数为0.6453 min^-1。这归因于Zn和Fe的协同作用。Zn和N的加入不仅促进了电子的转移,而且Zn的存在加速了Fe²⁺的有效还原,这是催化剂高活性的保证。此外,重复实验表明催化剂具有良好的稳定性。(4)本研究中所制备的Co/Fe@PC/H₂O₂、Cu/Fe@PCN/PMS、Zn/Fe@PCN/PS三种复合材料,Cu/Fe@PCN/PMS体系效果最佳。