基于铁钯催化体系的双酚A降解工艺及机理研究

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具有特殊生物内分泌干扰效应的环境激素类物质双酚A由于在人类周边水环境和废水中广泛存在,近年来受到了人们的普遍关注。Fenton及类Fenton高级氧化技术具有羟基自由基氧化能力强、反应快速、无选择性的优点,在双酚A污水处理方面有良好的应用前景。但是此类方法存在需大量H2O2原料以及H2O2易分解且利用率低,并且催化剂难分离回收、金属离子的二次污染等不足。本论文尝试性的提出了铁钯联合催化体系,即利用钯催化电解产生的氢气和氧气得到H2O2,并利用负载铁型催化剂催化H2O2产生大量HO·对双酚A进行氧化去除,期望有助于改善传统高级氧化技术的固有不足。本研究采用实验室自制的三相反应装置,利用钯催化电解产生H2O2原料,利用硫酸亚铁催化H2O2产生HO·催化氧化双酚A,并采用研制的水滑石类(LDHs)吸附双酚A,在此基础上,利用LDHs良好的吸附性与负载型,制出负载型的Fe@MgAl-LDHs催化剂对双酚A进行综合去除,并初步推测了本体系下双酚A的降解途径。主要研究内容和结果如下:1、钯催化体系对双酚A有良好的去除效果,催化氧化体系的最佳反应条件为:反应时间t=90min,FeSO4投加量为1.8mM/L,钯投加量为1.2g/L,通电电流为0.4A,pH=3。在最佳反应条件下双酚A的去除率可达到99%。催化氧化降解起主要作用的氧化活性基团为HO·,动力学反应是一级反应。2、双酚A镁铝元素比为4:1时的LDHs吸附效果最好,各项表征表明制出的吸附剂具有良好的层状结构且比表面积大,适宜作为污水处理的吸附剂。在293K-313K的范围内,双酚A去除率可达到95%以上,吸附量高达60mg/g。MgAl-LDHs在pH=5~8之间的吸附效果最好,吸附剂的最优投加量为1g/L。吸附反应符合二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,吸附主要是通过表面吸附和结构恢复机制的共同作用,是一个自发吸热且熵增大的物理吸附过程。同时,MgAl-LDHs吸附剂还对2-CP、4-CP及甲基橙等污染物也具有良好的吸附性能。3、Fe@MgAl-LDHs具备MgAl-LDHs的基本官能团结构,将铁负载在了水滑石表面同时还保留了镁铝水滑石的部分吸附富集能力。新反应体系对双酚A仍有很高的去除效率,体系的最优条件为:反应时间t=90min,Fe@MgAl-LDHs投加量为1g/L,钯投加量为1.2g/L,通电电流为0.4A,pH=5。在体系最佳反应条件下双酚A的去除率可达到99.8%。4、本体系下起主要作用的氧化活性基团仍为HO·,对双酚A的去除包括吸附去除和氧化去除两个部分,利用GC-MS对中间产物的检测,初步推测了本体系下双酚A的降解途径。
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