论文部分内容阅读
基于过硫酸盐的高级氧化技术作为一种新型的高级氧化手段在环境修复中应用潜力巨大,利用过渡金属活化过硫酸盐体系因其效率高得到广泛关注,但存在过渡金属二次污染的问题,使其应用受到限制。非金属纳米碳材料作为一种新型催化剂能够活化过硫酸盐降解污染物,与金属催化剂相比,纳米碳材料具有高比表面积、热稳定性、耐酸碱性、无金属污染、表面化学结构易调控等优点,其中碳纳米管由于其独特管腔和吸附特性以及特有的电学特性等性质,已作为新型催化材料取得了广泛的应用。在碳纳米管上掺杂氮元素可以简单有效的调控碳纳米管性质与结构从而提高其反应活性,利用氮掺杂碳纳米管活化过硫酸盐降解有机物时,体系的降解机理仍存在争议,氮掺杂种类及含量与材料反应活性的关系还不清楚。本研究利用制备的氮掺杂碳纳米管（NoCNT-700）活化过硫酸盐（过一硫酸盐PMS及过二硫酸盐PDS）降解苯酚,考察了体系的降解效果、影响因素及反应机理,分析了氮掺杂种类及含量对材料活化性能的影响,探究了苯酚降解途径及材料的重复利用性能。主要结论如下:1.以商品多壁碳纳米管为原材料、三聚氰胺为氮前体,利用高温煅烧法制备NoCNT-700,NoCNT-700中实现了约3.33 at%的氮掺杂,其中吡啶氮、吡咯氮和石墨氮含量分别为1.20 at%、1.06 at%及0.74 at%;氮掺杂并未改变碳纳米管的管状结构及晶体结构,但提高了其比表面积。2.NoCNT-700可以有效活化PDS降解苯酚,120 min内苯酚降解效率可达100%,矿化率可达55.7%;NoCNT-700可以有效活化PMS降解苯酚,60 min内苯酚降解效率可达100%,矿化率可达61.6%。3.NoCNT-700/过硫酸盐体系在较广泛的pH条件下均有效,酸性条件下降解效果较中性及碱性效果好;苯酚的降解速率随温度的升高而升高;体系在有氧无氧条件下均有效;Mg2+、Ca2+、Fe3+对体系降解效果无明显影响;SO42-对体系降解效果无明显影响,加入Cl-、HCO3-会降低体系降解速率。4.NoCNT-700/PDS体系产生的主要活性物质为羟基自由基（·OH）、硫酸根自由基(SO4·-)及单线态氧（1O2）,88%的氧化降解中自由基作用占比约57.8%,1O2作用占比约30.2%;NoCNT-700/PMS体系是自由基和非自由基共同作用,91%的氧化降解中自由基作用占比约49%,1O2作用占比约18%,活性中间体作用占比约24%;体系中苯酚降解途径为:苯酚被氧化生成邻二苯酚、对二苯酚及对苯醌,进一步开环形成小分子酸,最后分解为H2O及CO2,达到部分矿化。5.材料进行氮掺杂改性可以提高其活化过硫酸盐体系的降解效率及矿化度,同时增加体系非自由基部分的作用占比。6.煅烧温度影响材料中氮掺杂含量及种类,材料的反应活性与氮掺杂含量成正比,进一步研究发现材料的反应活性与石墨氮含量密切相关。随着NoCNT-700重复利用次数的增加,其活化PMS降解苯酚的效率逐渐降低,高温处理可以恢复其反应活性。