负载型Pd基催化剂活化过硫酸盐降解水中双酚F研究

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双酚F(Bisphenol F,BPF)作为常用塑料添加剂双酚A(Bisphenol A,BPA)的替代品在工业中被广泛使用,主要用于环氧树脂、塑料、清漆、涂料、粘合剂等产品的制造。但毒理学研究表明,双酚F具有内分泌干扰性、生殖和发育毒性,对生物的干扰作用甚至强于双酚A,且在各水环境介质中有较高的稳定性和持久性,已在多种环境介质及生物体中检出,因此有效去除水环境中双酚F的技术研究己成为目前环境科学领域的研究热点。基于硫酸根自由基(SO4·-)的高级氧化技术在环境修复领域具有广阔的应用潜能,过硫酸盐被激发产生强氧化性的SO4·-用于处理多种难降解有机污染物。本研究以双酚F为研究对象,制备了包括无机材料和碳材料负载的Pd基催化剂,并将其用于活化过氧单硫酸盐(Peroxymonosulfate,PMS)进而降解双酚F。对催化剂进行X射线粉末衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、Zeta电位、CO化学吸附和原位红外等表征,并考察了PMS投加剂量、双酚F投加剂量、Pd负载量、催化剂的还原温度等因素对双酚F去除率的影响。结果表明,在研究的几种常见的无机载体(TiO2、SiO2、Al2O3和CeO2)中,TiO2作为载体负载Pd剂具有最佳反应活性。双酚F在催化剂Pd/SiO2和Pd/CeO2表面去除率较低,而在Pd/Al2O3和Pd/TiO2上的去除较为明显,这主要由于Pd/Al2O3和Pd/TiO2具有较高的等电点,对PMS吸附更强。Pd/TiO2具有较高的Pd分散性和等电点,可以将反应物吸附在表面并将其降解,Pd~0作为主要的活性位。双酚F在催化剂表面的分解遵循Langmuir-Hinshelwood模型。该反应是非自由基主导的,通过计时电流验证了电子转移的存在。催化剂Pd/TiO2可以重复使用,循环效率的降低归因于Pd的部分氧化和流失。反应过程中的降解中间体利用气相色谱-质谱仪鉴定,据此提出可能的降解路径。碳纳米管(CNT)、石墨烯(graphene)、活性炭(AC)和有序中孔碳(CMK-3)等碳基材料可作为催化剂活化PMS降解双酚F,他们对双酚F具有不同的吸附效率,吸附容量顺序为:有序中孔碳>石墨烯>活性炭>碳纳米管。这些碳基载体降解双酚F的顺序与吸附量大小顺序相同。Pd负载在CNT,AC和CMK-3上可以有效提高双酚F的降解效率,还原温度对Pd/CNT和Pd/CMK-3有显著的影响。双酚F在Pd/CNT表面上的分解也遵循Langmuir-Hinshelwood模型。研究结果显示,通过负载贵金属Pd,碳基材料活化PMS降解双酚F的效率可得到有效提升。
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