垃圾渗滤液混凝污泥生物炭对非均相Fenton体系中双酚A的催化降解研究

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基于硫酸根自由基的高级氧化技术由于具有处理效率高、周期短等特点,在去除水中微量内分泌干扰物时显示出不可比拟的优势。本文利用填埋场垃圾渗滤液浓缩液混凝污泥为原料,通过限氧热解法制备了多种生物炭材料,结合XRD、FTIR、XPS、FESEM-EDS等表征手段对其晶体结构、官能团、表面形貌及化学组成进行了分析。以典型内分泌干扰物双酚A(BPA)为目标污染物,考察了生物炭材料的吸附性能及其对过硫酸氢盐(PMS)的活化性能,优化了反应条件,并使用自由基猝灭剂识别了体系内的活性氧物种种类,提出了可能的活化机理。研究成果为去除水中微量内分泌干扰物提供了新的方向,同时也为垃圾渗滤液浓缩液及其混凝污泥的资源化综合利用提供了一定的理论依据。首先,本研究使用聚合硫酸铁(PFS)对填埋场垃圾渗滤液浓缩液进行预处理,利用混凝污泥制备了多种生物炭(BC)材料,考察了BC材料对BPA的吸附性能,并通过XRD、FTIR、FESEM等手段对该材料进行了表征。证实了随热解温度的升高和停留时间的增长,BC材料的吸附能力有所下降。本次实验中,BC3002材料对BPA有最佳的吸附性能;在酸性环境中,其吸附去除效果更好,这主要是与污染物的存在形式有关;通过动力学拟合分析,确认了该吸附行为属于放热反应,吸附容量随温度升高而降低。进一步将BC材料联合PMS构建非均相芬顿体系对模拟废水中的BPA进行去除,主要考察了反应条件对BPA去除效率的影响以及BC材料的稳定性。结果表明,随热解温度的升高和停留时间的增长,BC材料的活化能力逐渐增强。本次实验中,BC7504材料对PMS具有最佳的活化性能。自由基猝灭实验结果显示,体系中同时存在·OH和SO4-·。经过多次连续反应后,BC3002材料仍可有效活化PMS降解BPA,具有较好的稳定性;而BC7504材料表面含有的铁磁成分显著减少,对PMS的活化效率也稍有降低。最后,以填埋场垃圾渗滤液实际混凝污泥为原料,分别在不同热解条件下制备了多种污泥生物炭(SBC)材料,考察了SBC材料对模拟废水中BPA的吸附性能及其对PMS的活化性能,通过对反应前后的SBC材料作系列表征阐明了可能的催化反应机理。实验结果表明:原料组成与热解温度、停留时间一样对生物炭材料的性质和反应能力均有较大影响。本次实验中,SBC3002材料对BPA有最佳的吸附去除效果,SBC4502材料则对PMS有最佳的活化性能,这主要是由于热解温度的不同导致材料表面的活性点位数量和种类均有差异。自由基猝灭实验表明体系中同时存在·OH和SO4-·,其中·OH对BPA的降解过程起主导作用。经过4次连续反应后,SBC3002和SBC4502材料均保持着良好的活化能力和稳定性。使用LC-MS对反应过程中的产物进行了鉴定,并在此基础上提出了BPA的可能的降解途径以及生物炭对PMS的活化机制。
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