过渡金属活化过硫酸盐降解水中双酚A性能研究

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作者邓彬
来源武汉大学
出版年2019
摘要
近年来,越来越多的内分泌干扰物在水体中被检测到。双酚A作为一种有毒且难降解的有机污染物,对人体和环境有着巨大的危害。高级氧化技术通过产生羟基自由基,可以将水中的双酚A去除。经典的芬顿技术是利用亚铁离子活化过氧化氢产生羟基自由基。相对于过氧化氢而言,过硫酸盐作为一种固体氧化剂,溶于水后也可以被过渡金属离子活化产生硫酸根自由基而使污染物得到降解。近年来,基于硫酸根自由基的高级氧化技术受到越来越多的关注。过渡金属离子均相活化过硫酸盐具有技术难度低,耗能少的优点,但是仍然没有克服经典Fenton技术如试剂投加量高,铁泥产生量大,p H适用范围窄的特点。因此,制备廉价易得且无二次污染的非均相活化固体催化剂活化过硫酸盐成为发展趋势。据此,本研究使用不同的材料制备方法,不同的原料来源制备了两种不同的过渡金属固体催化剂,构建了不同的体系活化过硫酸盐,用以去除水体中的内分泌干扰物双酚A,系统研究了不同体系的去除效能和机理,并考察了固体催化剂的可重复利用性和稳定性。主要内容如下:(1)利用纯净化学试剂,采用低温水热法制备了铜锰矿(CuMnO2)催化剂,对所制备的催化剂进行X-射线衍射能谱,场发射扫描电镜,能量色散X射线光谱测试,结果显示成功制备了纯净的CuMnO2棱形纳米级颗粒。构建铜锰矿活化过一硫酸盐体系降解双酚A,体系对BPA有很好的去除效果。在p H 8硼酸缓冲溶液条件下,铜锰矿初始浓度为0.2 g L-1,过一硫酸盐浓度为0.4 m M,反应60分钟,对0.1m M的双酚A去除率达到95.5%,矿化率达到74.0%。对反应前后的铜锰矿进行X射线光电子能谱分析,结合磷酸盐取代实验结果,表明铜锰矿表面羟基对于过一硫酸盐的活化起着重要作用,正三价锰和正一价铜对过一硫酸盐的活化起主要作用。自由基淬灭实验和电子顺磁共振实验结果显示表面吸附态的羟基自由基和硫酸根自由基对双酚A的降解起主要作用。(2)针对废旧碱性锌锰电池的利用现状,回收废旧电池并提取里面的重金属离子。以废旧电池的提取液为原料,使用溶胶凝胶法,制备了锰锌铁氧体(Mn0.6Zn0.4Fe2O4)催化剂。对所制备催化剂形貌,微孔结构进行X-射线衍射能谱,场发射扫描电镜,透射式电子显微镜,N2-物理吸附分析测试。所制备的锰锌铁氧体呈纳米球型。构建电场强化锰锌铁氧体活化过二硫酸盐体系降解双酚A。对比了不同体系对双酚A的去除性能,结果表明电场强化锰锌铁氧体活化过二硫酸盐体系具有很好的协同作用。使用前后锰锌铁氧体的X射线光电子能谱结果显示催化剂表面的Zn不起活化作用。自由基淬灭实验和电子顺磁共振实验结果显示表面吸附态的羟基自由基和硫酸根自由基对双酚A的降解起主要作用,不同体系的香豆素荧光实验结果表明电场强化锰锌铁氧体活化过二硫酸盐体系的羟基自由基主要来源于硫酸根自由基的转化。循环利用实验表明合成的锰锌铁体可以重复利用,这为废旧碱性锌锰电池的再利用提供了新的途径。

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