新型磁性生物炭活化单过硫酸盐降解水中双酚A的研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cxsxj
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得益于分析化学的高速发展,在与人类密切相关的环境当中检测到越来越多的内分泌干扰物,其中双酚A(BPA)是内分泌干扰物的代表性物质。长期的BPA暴露会对人体产生极大的危害,包括但不限于生殖系统、神经系统和免疫系统的损害。因此如何高效彻底地去除水中的BPA对环境保护和人类健康至关重要。近年来,采用高级氧化技术去除水中的难降解有机污染物方法引起了研究人员的注意。其中,基于过硫酸盐的高级氧化技术凭借着其高效、彻底、环保以及反应条件温和等优点,被广泛应用于水环境治理等领域。由于生物炭的低成本、高比表面积、丰富的含氧官能团和优异的导电性等优点,其在非均相活化过硫酸盐降解污染物的研究中受到了广泛的关注。但是,纯生物炭存在着催化活性较低和分离困难等问题,因此将具有强磁性的尖晶石型金属氧化物Cu Fe2O4与生物炭结合,从而达到赋予生物炭高催化活性和便捷高效的分离特性的目的,同时生物炭作为载体还能够解决Cu Fe2O4本身所存在的团聚问题和金属浸出问题。本论文以市政污泥为生物质来源,分别通过一步热解法和溶胶-凝胶燃烧法合成了污泥生物炭和磁性生物炭,并将其用于活化单过硫酸盐去除水中的BPA。本研究不仅仅开发了一种高效降解水中BPA的工艺,并且为市政污泥的处理处置提供了新出路。具体研究内容如下:(1)本文采用一步热解法将市政污泥转化为污泥生物炭SBC,通过一系列表征发现SBC具有大量的含氧官能团和微量的铁元素。将SBC用于活化PMS降解水中的BPA,结果表明,SBC具有一定的BPA吸附能力,且SBC/PMS体系对水中的BPA有着良好的降解效果。在SBC投加量为0.5 g/L、PMS浓度为0.5 m M,BPA初始浓度为20 mg/L,反应温度为25℃,不调节初始p H的条件下,SBC/PMS体系能够在60 min内去除水中65.7%的BPA。此外,SBC/PMS的反应动力学表明,BPA的去除率随着SBC投加量、温度和p H的增加而增加,且在一定PMS浓度范围内,BPA的去除率也会随着PMS浓度的增加而增加,但是当PMS浓度过高时反而会抑制BPA的降解。ESR测试和淬灭试验表明,SBC/PMS体系中,单线态氧是BPA降解的主要原因,其次是羟基自由基和硫酸根自由基。(2)本文通过溶胶-凝胶燃烧法成功合成了Cu Fe2O4@SBC。经过表征和实验发现,与SBC相比,复合材料具有更高的比表面积、更多的缺陷位点以及更出色的活化效果。在0.5 m M的PMS和0.5 g/L的Cu Fe2O4@SBC存在的情况下,20mg/L的BPA在60 min内被降解了97.55%。同时研究了Cu Fe2O4@SBC/PMS体系中,催化剂投加量、PMS浓度、温度、p H以及共存的无机阴离子和有机质对BPA降解的影响。通过火焰原子吸收光谱发现,Cu Fe2O4@SBC比SBC和Cu Fe2O4具有更高的稳定性,其铜离子浸出率仅为0.39 mg/L,是Cu Fe2O4的1/28。此外,对比了Cu Fe2O4@SBC/PMS体系降解BPA的机理与SBC/PMS体系的相同点和不同点。相同点在于两个体系都是主要通过非自由基途径降解BPA,并且伴随着自由基途径的参与。不同点在于Cu Fe2O4@SBC/PMS体系中Fe(III)/Fe(II)和Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)两个氧化还原对在PMS的活化过程中扮演了非常重要的角色。在此基础上,本文提出了Cu Fe2O4@SBC复合材料通过Cu与Fe、SBC与Cu Fe2O4之间的双重协同作用活化PMS的机理,并提出了BPA的可能降解途径。
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