论文部分内容阅读
药品及个人护理用品(PPCPs)作为现代生活的必需品,因其庞大的使用量和本身的化学特性使得在生活污水和环境水体中被广泛检出,这也增加了水体治理的重担,并对饮用水安全带来风险。高级氧化技术(AOPs)是一种有效的化学氧化技术,其中Fenton反应具有反应条件温和、氧化剂环境友好的特点而被广泛的关注。传统Fenton反应在低pH条件下反应,并产生铁泥等缺点,限制了它在废水处理中的应用。非均相类Fenton体系能够改善反应运行条件而成为Fenton技术的研究热点,高效、稳定的非均相催化剂是此技术应用的关键之一。本论文针对稳定、环境友好的α-Fe2O3催化剂类Fenton反应过程中催化性能差的问题,开发形貌可控、高效、稳定的铁基氧化物新型催化剂,以磺胺二甲基嘧啶等典型的PPCPs为目标污染物,提出在α-Fe2O3中掺杂过渡金属元素Zr,开发研究形貌可控、高效的非均相类Fenton反应铁基催化剂。采用水热/溶剂热法制备了 0D/1D/2D和3D形貌的Fe2O3-ZrO2催化剂。纳米立方(HZNCs)、纳米棒(HZNRs)、纳米管(HZNTs)和纳米片(HZNPs)的Fe203-Zr02催化剂的催化性能取决于形貌,催化剂表面的H2O2吸附和Fe2+位点密度共同影响了 H202分解产生·OH的过程。0D/1D/2D形貌的Fe203-ZrO2催化剂类Fenton降解磺胺二甲基嘧啶的活性顺序为:HZNPs>HZNRs>HZNC s>HZNTs,HZNPs和HZNRs在pH=3.0条件下的非均相类Fenton反应中表现出更好的降解SMT的催化性能,反应符合伪一级动力学方程,表观反应速率分别为1.5 X 10-2、6.8×10-3、1.7×10-3和9.3×10-4min-1。HZNPs的单位比表面积上H2O2的吸附容量为 0.426mg/m2,分别是 HZNRs、HZNCs 和 HZNTs 的 1.7、1.7 和 3.7 倍。对于HZNPs,HZNRs,HZNCs 和 HZNTs 反应中·OH 生成量分别为 4.52、2.24、2.20和 0.58μmol/m2。以磺胺二甲基嘧啶(SMT)、双酚A(BPA)、苯酚(Phenol)、布洛芬(IBP)和环丙沙星(CIP)为目标污染物,在近中性条件下,研究了 3D形貌Fe2O3-ZrO2催化剂类Fenton降解污染物的性能。催化剂的活性顺序为:F-HZNW>F-HZNP>F-HZNR,活性最佳的F-HZNW在反应120min后对不同污染物的去除率均超过90%,催化剂具有良好的催化性能。利用叔丁醇、KI和对苯醌作为·OH和O2·-/HO2-的猝灭剂,F-HZNW催化剂在类Fenton反应过程中自由基主要是表面吸附态·OH。对0D/1D/2D和3D形貌的Fe2O3-ZrO2催化剂进行结构表征。XRD结果表明,Fe2O3-ZrO2催化剂中Fe依然以α-Fe2O3的形式存在,Zr的添加使其衍射峰强度减弱;SEM结果显示,Zr的添加使Fe2O3的形貌和尺寸都发生变化,α-Fe2O3品粒尺寸变小,催化剂的比表面积明显增加;XPS结果表明,Zr的加入使得Fe2O3-ZrO2催化剂表面出现了Fe2+。