生物质原位碳热制备多孔biochar载铁基电Fenton催化剂的过程调控和机理解析
批准号:
21607147
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
刘武军
依托单位:
学科分类:
B0606.固废污染与处置化学
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈洁洁、田科、凌丽丽、李洪超、胡晓
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中文摘要
废弃生物质是目前大量存在的一类固体废弃物,如何实现对其无害化处置及资源化利用是一个广泛关注的问题。本项目拟将预负载Fe(III)的生物质进行热解,通过生物质原位碳热还原过程,制备多孔biochar负载铁基纳米材料,并将其作为电Fenton反应催化剂,研究其对4-氯酚的降解过程和影响因素。本项目拟通过热重-红外-质谱联用和高温XRD技术对生物质热解和高价铁碳热还原过程进行在线监测,阐明高价铁化合物原位碳热还原过程及其机理,在此基础上对热解过程进行调控,获得具有较高催化活性和稳定性的多孔biochar负载铁基纳米材料。并对其催化电Fenton反应过程进行深入分析,阐明催化剂形态、结构、形貌、负载量等对近中性pH条件下电Fenton反应过程影响机制。本项目研究将为废弃生物质无害化处置和资源化利用,以及电Fenton反应催化材料低成本,可控制备提供新的思路和科学依据。
英文摘要
Waste biomass is a category of organic solid waste widely found in the world. How to effectively recover resource from it and harmlessly dispose it is still a problem with widespread concerns. In this research, we proposed to pyrolyze the Fe(III) preloaded biomass, with the in-situ carbothermal effects in the biomass pyrolysis process, to synthesize the porous biochar support Fe based nanomaterials. The as-synthesized material was used as a catalyst for the electro-Fenton degradation of 4-chlorophenol. We proposed to on-line monitor the biomass pyrolysis process through TG-FTIR-MS, analyze the changes of Fe species during the carbothermal process using the high temperature XRD technology, and thus illuminating the process and mechanism of the in-situ carbothermal reduction of Fe(III) during the biomass pyrolysis process. Based on these results, we goal-directed tuned the parameters of biomass process, so that to obtain the biochar support Fe based nanomaterials with high catalytic activity and chemical stability. Thereafter, we study the process of electro-Fenton degradation of 4-chlorophenol in detail, illuminating the influence of catalyst chemical state, structure, morphology, and loading amount on the pollutant degradation efficiency in the near-neutral pH electro-Fenton process. This research will provide a new strategy and scientific basis on the harmless disposal and resource recovery from the large scale waste biomass, as well as cost-effective and controllable synthesis of the catalyst materials for electro-Fenton degradation of pollutants.
废弃生物质是目前大量存在的一类固体废弃物,如何实现对其无害化处置及资源化利用是一个广泛关注的问题。本项目将预负载Fe(III)的生物质进行热解,通过生物质原位碳热还原过程,制备多孔biochar负载铁基纳米材料,并将其作为电Fenton反应催化剂,研究其对难降解有机污染物的降解过程和影响因素。我们通过各种物理化学的表征手段,阐明高价铁化合物原位碳热还原过程及其机理,在此基础上对热解过程进行调控,获得具有较高催化活性和稳定性的多孔biochar负载铁基纳米材料。将所得的biochar作为阴极电催化剂,对其催化电Fenton反应过程进行深入分析,我们发现多孔biochar负载铁基纳米材料对电Fenton过程具有很好的催化活性,可以高效的实现对难降解有机污染物的降解去除,同时,该催化剂具有非常优异的循环稳定性,多次循环使用之后,其催化活性不仅未见降低,反而有明显的提升,我们对这个反常现象进行了深入的研究,发现催化剂在电化学反应过程中产生的界面相变现象可以使得更多的催化位点暴露,从而提高其催化活性。本项目研究将为废弃生物质无害化处置和资源化利用,以及电Fenton反应催化材料低成本,可控制备提供新的思路和目标。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Magnesium Oxide Embedded Nitrogen Self-Doped Biochar Composites: Fast and High-Efficiency Adsorption of Heavy Metals in an Aqueous Solution
氧化镁嵌入氮自掺杂生物炭复合材料:快速高效吸附水溶液中的重金属
DOI:10.1021/acs.est.7b02382
发表时间:2017-09-05
期刊:ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
影响因子:11.4
作者:Ling, Li-Li;Liu, Wu-Jun;Jiang, Hong
通讯作者:Jiang, Hong
Biogenic Synthesis of Pd-Based Nanoparticles with Enhanced Catalytic Activity
具有增强催化活性的钯基纳米颗粒的生物合成
DOI:10.1021/acsanm.7b00322
发表时间:2018-04
期刊:ACS Applied Nano Materials
影响因子:5.9
作者:Lu Xiong;Xing Zhang;Yu-Xi Huang;Wu-Jun Liu;Ya-Li Chen;Sheng-Song Yu;Xiao Hu;Lei Cheng;Dong-Feng Liu;Han-Qing Yu
通讯作者:Han-Qing Yu
Metal-Organic Framework Templated Pd@PdO-Co3O4 Nanocubes as an Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalyst
金属有机框架模板化 Pd@PdO-Co3O4 纳米立方体作为高效双功能氧电催化剂
DOI:10.1002/aenm.201702734
发表时间:2018-04-16
期刊:ADVANCED ENERGY MATERIALS
影响因子:27.8
作者:Li, Hong-Chao;Zhang, Ying-Jie;Yu, Han-Qing
通讯作者:Yu, Han-Qing
Pseudocapacitive Ni-Co-Fe Hydroxides/N-Doped Carbon Nanoplates-Based Electrocatalyst for Efficient Oxygen Evolution
用于高效析氧的赝电容性镍钴铁氢氧化物/氮掺杂碳纳米板电催化剂
DOI:10.1002/smll.201801878
发表时间:2018
期刊:Small
影响因子:13.3
作者:Liu Wu-Jun;Hu Xiao;Li Hong-Chao;Yu Han-Qing
通讯作者:Yu Han-Qing
DOI:10.1039/c9ee00206e
发表时间:2019
期刊:Energy & Environmental Science
影响因子:32.5
作者:Wu-Jun Liu;Hong Jiang;Han-Qing Yu
通讯作者:Han-Qing Yu
铁氮共掺杂生物炭催化非均相电Fenton电极表界面反应的原位光谱电化学及同步辐射谱学研究
- 批准号:21976170
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:66.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:刘武军
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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