高浓度含酚废水(如酚醛树脂、双酚A生产废水)的COD可高达数万mg/L,毒性强、可生化性差。催化湿式过氧化氢氧化(CWPO)是一种在温和条件下利用固体催化剂催化H₂O₂产生·OH的技术,无铁泥产生,催化剂可回收。LaFeO₃钙钛矿型氧化物具有稳定的晶体结构、灵活的元素可调变性和丰富的氧空位。通过B位掺杂Co²⁺/Co³⁺离子,可以显著增强其活化H₂O₂产·OH的能力。
本研究通过溶胶-凝胶法合成了LaFe₀.₈Co₀.₂O₃钙钛矿催化剂。XRD和XPS表征证实了Co成功掺入晶格,并导致Fe和Co的混合价态(Fe³⁺/Fe⁴⁺, Co²⁺/Co³⁺)共存,同时产生了大量的氧空位。在CWPO处理高浓度苯酚废水(COD=10000mg/L)的实验中,在80℃、常压、H₂O₂理论需用量的1.1倍、催化剂投加量1.5g/L的条件下,反应3小时后,苯酚的去除率高达99.5%,COD和TOC去除率分别达到85%和70%。与未掺杂的LaFeO₃相比,催化活性和H₂O₂利用率大幅提升。
更为重要的是,在连续流搅拌釜式反应器中运行了200小时,并经历了5次焙烧再生循环,催化剂的钙钛矿晶体结构保持完整,Co和Fe离子的溶出浓度极低(<0.5mg/L),展现出了卓越的水热稳定性和抗活性组分流失能力。该研究为CWPO技术处理高浓度含酚废水提供了一种高效、稳定、长寿命的非贵金属催化剂。