不同預(yù)處理對(duì)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?yàn)閏nt表面堿性官能團(tuán)的減少和酸性官能團(tuán)（內(nèi)酯、、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(tuán)數(shù)量顯著減少，堿性官能團(tuán)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?xiàng)l件下cnt催化臭氧氧化降解草酸性能時(shí)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(guò)熱處理后，其催化活性明顯提高。而且經(jīng)過(guò)更高熱處理溫度（950℃）處理的cnt具有更高的催化活性。進(jìn)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(tuán)的減少和堿性基團(tuán)的增加更顯著，這也導(dǎo)致了其對(duì)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(wú)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(tuán)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(jī)制，該工作研究了t-ba對(duì)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(huì)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?yàn)榻?jīng)過(guò)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(jī)污染物的過(guò)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(duì)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(tuán)明顯增加，這可能在兩個(gè)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(tuán)的增加會(huì)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(qiáng)，在溶液中·oh與草酸的反應(yīng)對(duì)草酸降解的貢獻(xiàn)會(huì)減少。此外，由于t-ba幾乎不會(huì)吸附在cnt表面，t-ba對(duì)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(duì)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(duì)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(tuán)的cnt更有利于催化臭氧氧化降解草酸。