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应用催化乙：环境78（2008）151 - 157
微波强化催化降解对氯苯酚氧化
摘要
一种混合价态氧化镍是通过沉淀与氢氧化钠和氧化镍硝酸水溶液中得到的
由次氯酸盐。此外，在微波加热的氧化制备高活性的混合价态氧化镍（指定为NiO x）。
通过300,400和500℃（分别标记为C300、C400和C500，）煅烧从NiO x得到纯氧化镍。
他们通过热重分析（TG）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）、程序升温还原（TPR），
在196摄氏度下的氮吸附和扫描电子显微镜（SEM)下具有明显特征。催化降解对氯苯酚进
一步通过液相向在连续的空气鼓泡。同时，考察了pH值、氧化镍在微波效率提高温度和
各种催化降解对氯苯酚（MECD）进行了研究。结果表明四氯酚已经完全降解成无害的产品（CO2*H 2 O的无机酸）在调查的5分钟内pH值7和T = 70 8C在备NiO x。
1.简介
对于整个世界环境污染是一个严重的挑战。工业废水中的芳烃污染物特定的酚和酚衍生物已在EPA优先污染物名单自1976 。酚醛化合物显示低生物降解性。一些最有毒的酚类化合物是氯化酚，这是某些染料和农药广泛用作中间体的合成中的高氯代同系物，这些化合物被认为是有害的污染物，因为他们有对人类健康的潜在危害。事实上，从工业废水中消除它们流入河流是必要的。近年来，许多方法如超声降解，光催化降解，紫外/ H 2 O 2高级氧化技术（AOP），催化氧化，湿空气氧化和微波增强高级氧化工艺已被用于有效去除酚类化合物废水使用常规技术来消除这些各种化合物可能是困难的，因为它们通常是存在的在低浓度的水，特别是氧化剂耐火材料。因此，这样的污染物的减排的替代有效的过程必须加以探讨。
。在以前的工作，我们已经成功地开发微波—强化催化降解苯酚（MECD）方法能在8分钟内完全降解成无害的产品,我们认为MECD法是一种有效的酚类化合物的处理方法。
高频场对某些材料的加热效应甚至在第十九世纪被公认。使用微波场的能量传输的机制是非常不同的,三种行之有效的传热方式，即，传导，辐射和对流。在过去的几十年里，微波辐射技术已经被应用于工业、家庭、环境和材料科学[ 20 ]—多环芳烃（PAHs）精神有机污染21–[ 23 ]，多氯联苯（PCBs）[ 24 ]，等。由于内部和体积加热（偶极子的性质在微波处理过程中的热梯度，旋转和/或离子传导），提供了一个统一的环境反应。因此，微波加热有
在常规加热方法的优点的能量效率，较高的反应速率和缩短反应次数。微波作为能量来源的应用很快变得更加经济和方便。在前人工作的基础上[ 19 ]，使用固体材料作为催化剂在净化含酚水具有很大的利益并且很重要。过渡金属氧化物在催化降解过程中被证明是有效的
苯酚及其衍生物,其中，催化剂基于镍和钴似乎是特别的高效的氧化物。在这项工作中，我们研究的活性镍氧化降解对氯苯酚是合作社部的方法。
2.实验
2.1.氧化镍的制备
在碱性电解质溶液，chigane等。采用恒电位电沉积已经成功的生成两个六角型超薄薄膜的NiO x。。同时，konoka等人。[ 29 ]和Nakagawa等人在碱性溶液中获得过氧化镍硫酸镍次氯酸钠（NaOCl）。众所周知，次氯酸钠是对于NiO 2准备的一种优良的氧化剂这是一种强氧化剂，对有机氧化。这些属性给我们的想法是可以与高效价的氧化镍制备功能结合。一种混合价态氧化镍是在水溶液中由沉淀-氧化法合成。进行的过程中，在70℃与滴加入50 mL,0.6M（NO3）2？6 H 2 O 3.2 M NaOH溶液100毫升溶液，以获得作为制备的镍（OH）2.然后，一个100ml的次氯酸钠(12 wt.%)被引入下降，在不断搅拌下下降氧化镍（OH）2
此外，所获得的氧化物在微波设备中的空气中被加热10分钟（100瓦，2450兆赫，CEM，USA）.然后在去离子蒸馏水和干燥烘箱过滤，洗涤（110℃，20H）。干燥后的产品是基础并放在干燥器中作为一个新的样本（标记为NiO x）。NiO x分别300、400和500℃煅烧3小时得到纯氧化镍（标记为C300，分别C400和C500，）
2.2.氧化镍的表征
.采用精工ssc5000 TG系统进行热重分析（TG）.升温速率为保持质量的样品约十毫克在10℃。测试是以每分钟100ml的氮气流速在700℃的情况下进行的。
射线衍射（X射线衍射）测量进行使用Mac的科学mxp18衍射与Cu Kalpha;1辐射（L = 1.5405˚）在40 kV和30 mA扫描,在2U 每48 min的速度。
氧化镍晶粒尺寸用Scherrer公式计算。氮吸附等温线在196℃中通过Micrometritics ASAP 2010进行。镍氧化物在三小时110℃中预脱气0.00005Torr。根据吸附等温线确定表面积。采用程序升温还原了氧化镍还原行为（TPR）。约50毫克的样品在流量百分之十的氢气、氮气中以每分钟十毫升的速率加热。TPR实验的过程中，增加了房间温度600摄氏度，则温度每分钟升高7℃。在每400-2000cm用Nicolet 5700 FT-IR红外光谱得到他光谱仪的范围。
一毫克粉样品通过红外级KBr和受压力8吨经真空干燥200毫克稀释。氧化镍纳米颗粒的表面形貌在10 kV下用扫描电子显微镜观察（jsm-6330tf）。
2.3.降解对氯苯酚
对降解对氯苯酚的实验是MECD（4-CP）是在一个恒温微波设备（CEM，发现，美国，2450兆赫，温度由红外线传感器控制）进行连续搅拌。
同样提供了一个描述状态的所有参数的相等级别系统（温度、PH值、催化剂和初始浓度4-氯酚）。一个60毫升的水溶液（初始时200 ppm的浓度）是用于各试验运行。
空气气泡在溶液中30分钟前加入催化剂。然后，将适量的催化剂悬浮于溶液中。运行中空气不断吹入。剩余的4-CP和产品浓度通过高效液相色谱法和UV–vis.测定。
298 nm处的吸光度测定的浓度pH=3。色谱实验分别用高压液相色谱仪Agilent 1100系列配备二极管阵列检测器和柱温箱进行。一个125毫米*4毫米反相C 18柱（chrompack）是用于分离。
注射量为20毫升，流速为1 mL/min，紫外检测器波长为270 nm，柱温箱温度保持25度。用乙腈/水（50 / 50）（体积/体积）洗脱化合物。制备含氯酚的工作方案在范围0.1–200 mg/L校准曲线在五个浓度水平（R 2 = 0.9997，SD = 2.15）。
3.结果与讨论
3.1.对所制备的高价氧化镍NiO x的表征
图1显示了NiO x的TG/DTG曲线下动态氮（100毫升每分钟）环境
TG曲线怎么样三减重步骤（指定为D 1，D 2和D 3）和DTG曲线显示了一个2步的最大损失率在227摄氏度，而D 1和D 3步不明显. 100℃之前，快速减重应该从水的加热过程中对NiO x表面解吸. 减肥的12%在2个步骤中主要是由分解引起的不稳定的NiO x转移到NiO，根据式（1）：
图2显示了制备NiO x TPR剖面商业NiO 2.. 还原信号（称为1和2）NiO x表示在176和351°C的两个连续的步骤（见图2（一））英里等. 发现了同样的趋势减少
在Ni/SiO 2催化剂，表明特殊物质是 Ni 2 O 3。制备的氧化镍（镍与2过氧化氢）次氯酸钠氧化剂。图2（乙）也显示了1和2在157和304°商业NiO 2信号。进一步揭示了NiO x峰可分配到NiO 2和NiO物种减少R 1和2，分别。NiO 2开始减少到NiO，然后，随后减少镍根据方程
每种氧化镍NiO x的氧含量通过TPR的痕迹定量测定了氢的消耗量相对面积为1和2（2 =氮镍比）为0.38和1的氧化镍。R 1和R 2的相对面积分别为0.27和1的商业NiO 2。与理论值的比较（1和1，分别）表明，基于情商。（2）和（3），我们证明了X在NiO x化学计量是1.38，而只有1.27的商业NiO 2。因此，制备的NiO x被确认为一个非化学计量的化学公式高价氧化镍（镍（Ni）0.6 2）0.4。
3.2. 氧化镍的表征
为了获得高纯度的氧化镍，所制备的NiO x煅烧分别在300400and500℃获得纯氧化镍（标记为C300，分别C400和C500，）图3给出了NiO x和精制的XRD图谱
镍的氧化物（C300、C400和C500）。微弱的衍射峰在约19.08和38.48的NiO x（图3（a））细颗粒的大小是相似的b-niooh显示衍射峰（0 1 0）和（0 - 0）平面。所有样品除了NiO x表明立方晶体结构（图3（b）–（D）），与三个峰在约37.28，43.28和62.88，分别对应于（1 1 1）（2，0，0）和（2 2 0）飞机的NiO，。X射线衍射结果表明，没有杂质，C300、C400和C500样品。根据衍射图案的宽度（2 0 0）NiO晶体衍射图，计算出的粒径从5.2增加到16.6（表1第三列了几nm）与煅烧温度（T C）。衍射峰越高，说明晶体的结晶度随温度的升高逐渐增长。
NiO x和精炼镍氧化物的红外光谱（C300、C400和C500）如图4所示。以每3430和1630厘米为中心的宽吸收带被分配到水的存在，每1530至1320厘米处的吸收带表明所有样品的碳酸盐存在。外观每570厘米吸收带（图4（a））表明只有备NiO x具有面内振动键合羟基氢。然而，每570厘米的吸收带消失的精炼镍氧化物（图4）-（2）-（2））。结合X射线衍射分析，进一步证实了氧化镍的纯度。图5显示的精炼镍氧化物的TPR（C300、C400和C500）。所有样品的一个两重叠峰类似TPR谱。这意味着不同的颗粒尺寸分布在精炼镍氧化物。一个TPR谱定性分析表明，还原峰（红）转移到更高的温度T c的增大（在图5中可以看到，表1的第五列），即，C300样本T红306和356℃。同时，T红C500株样品转移至334和378℃。此外，从氢消耗TPR的痕迹（在表1第六列的列表）对煅烧产物氧化镍物种比例的定量测定。所有的N H 2 N Ni比值接近1，表明NiO的还原行为。
镍氧化物的表面面积与测得的氮吸附等温线在-196 8C确定。在表第四的1列中给出了数据。结果表明，T C的增加导致其表面面积减少（即，C500 lt; C400 lt; C300 lt; NiO x）。由于热处理引起的下降，可能是由于颗粒的颗粒或孔隙的崩溃。这些现象可以显示在扫描电镜图像。图6给出了NiO x和精炼镍氧化物的SEM图像（C300、C400和C500）。有许多不同的纳米孔。他们中的一些是相互连接的，一些孤立的。孔形状不规则，孔径不均匀。很明显，T C的增加导致其渠道，即增加，NiO x（孔径接近5.2 nm）lt; C300（7 nm）lt; C400（13.5 nm）lt; C500（26.9 nm）。颗粒尺寸随煅烧温度的增加而增大。
3.3. 在镍氧化物对4-氯苯酚的降解
该MECD过程中的剩余产品的浓度是由紫外降解–光谱和高效液相色谱法的说明。图7表明紫外可见光谱代表–氯酚的降解在合作社部过程在NiO x在pH 7 T = 70℃的情况下。4-氯酚的吸光度（298 nm处发现）和一些中间体化合物（225，248和284 nm处发现新的吸收带）的区别。所有吸收带均随降解时间消失。趋势表明，4-氯酚的降解5分钟内完全在备。为了了解是否在制备镍NiO x可以促进活动内容对对氯苯酚的降解，TPR对催化剂进行的分析。比较新鲜的TPR（图2（a））与应用（图8）NiO x催化剂，改变T红R 1和R 2 R 1区合并下降进一步表明，高价态NiO x参与表面氧和促进pH=3.催化氧化。
为了捕集的中间体，高效液相色谱法已被提出。图9显示了MECD在NiO x pH值7和T = 70°C下4-氯酚的降解高效液相谱。峰值出现在2.5分钟，pH=3.。MECD表明这个峰值逐渐减弱的。在同一时间，其他小峰出现在0.9和1.3分钟，被发现后30降解中间体（图9（b））和之后完全降解消失（图9（c））。我们提出4—CP会呗完全降解成无害产品
图10–12显示MECD镍的过氧化物4-氯酚的催化活性。下降趋势是与christoskova等人报道的结果一致。他们发现，4-氯酚用氧化镍就降解完全在20分钟后（35 8C，pH为6，）。
芬顿系统的另一个完整的退化是在25℃时40分钟后实现的。令人兴奋的是，在我们的研究结果表明，4-氯酚的降解完全只需要5分钟。我们认为微波照射下，亲电氧离子容易参与4-CP的降解通过微波和活性之间的耦合效应。图10演示了4-CP可以完全消除在4–10的pH值范围在5分钟内由MECD方法制备NiO x催化剂在70℃时。显然，降解速度最快时是在30 s内发生（转化度可达到80%）在不同的pH值范围。比较这一结果与郝等人。[ 34 ]利用脉冲放电作为活性物质，增强诱导芬顿反应的降解，必须有较长的诱导期。我们确认：MECD法是有机污染物去除的一种很有前途的新技术（如苯酚[ 19 ]，4-CP）。微波辐射诱导的旋转和剧烈的运动的极性分子的迁移，导致在一个快速由于摩擦溶液温度的增加。此外，极性物质的剧烈运动可以通过增加碰撞次数使分子到一个更高的激发态退化。这意味着
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