膜负载非均相芬顿催化剂降解有机物效果研究

来源 :沈阳工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oklizheng
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随着工业的发展,废水中难降解的有机物越来越多,对环境造成一定的破坏。其中抗生素类废水作为一种新型污染物具有难降解、毒性大、较稳定的特点。常规降解抗生素的方法如物理法、化学法、生物法对抗生素的降解效果已经不能达到降解需求,而高级氧化技术对降解有机污染物的应用前景广泛,其中芬顿反应所提供的·OH具有无选择性、氧化能力强等特点,对抗生素具有良好的降解效果。本课题以环丙沙星(CIP)作为目标污染物采用Nafion膜作为光助非均相芬顿催化剂进行反应,探究环丙沙星的降解效果,并对环丙沙星降解反应动力学和机理进行分析。本实验探究了Nafion膜的预处理、负载铁方法及最佳负载条件。探究Nafion/Fe3+膜在紫外光助非均相芬顿体系下降解环丙沙星的效果及H2O2浓度、pH、温度、环丙沙星初始浓度对环丙沙星降解情况的影响,并探讨Nafion/Fe3+膜催化降解环丙沙星过程中的循环使用性能及铁溶出情况。结果表明,Nafion/Fe3+膜的最佳负载量为26.5mg/g。Nafion/Fe3+膜可有效降解环丙沙星,在2h内降解率达到88%,在4h内环丙沙星能够完全降解。探究不同影响因素对环丙沙星降解效果的影响,通过单因素实验,可以确定20℃、pH=3、H2O2=100mg/L、环丙沙星浓度为50mg/L时,环丙沙星降解效果最好。在循环降解环丙沙星过程中,两个周期内降解环丙沙星效果较好。结合XRD和XPS结果可知多次降解效率的降低可能是由于Fe3+溶解导致膜上Fe含量降低或膜上Fe3+转化为Fe3O4非均相反应导致降解效果变差。实验讨论了·OH对Nafion/Fe3+膜破坏情况并通过SEM,XRD,XPS和FTIR进行分析。一次·OH攻击Nafion/Fe3+膜实验不能观察到膜上有明显的破坏影响。在多次膜破坏过程中,Fe3+在反应过程中具有化合价变化,铁离子溶解。经过五次破坏试验后,膜上C含量降低。Nafion/Fe3+膜虽有降解,但主体骨架及功能性基团仍可保持。通过重新负载后的Nafion/Fe3+膜仍有催化活性,能够维持两次高效降解环丙沙星。对膜负载非均相芬顿体系降解环丙沙星进行动力学分析,可知环丙沙星的降解反应过程符合一级动力学反应模型。环丙沙星溶液初始浓度越大,环丙沙星溶液的降解速率越小。
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