發(fā)布時間：2020-03-21 18:26

【摘要】：環(huán)丙沙星(CIP)是一種抗菌譜廣的喹諾酮類抗菌藥物,其抗菌性在目前應用的幾種喹諾酮類抗生素中具有非常高的生態(tài)毒性,不易被常規(guī)污水處理工藝去除,對生態(tài)系統(tǒng)具有一定的危害。高級氧化技術因其反應條件溫和、反應速率快成為研究熱點。傳統(tǒng)Fenton試劑產(chǎn)生羥基自由基·OH的高級氧化技術在其使用過程中,氧化劑H2O2用量高,利用率低,常溫下易分解,運輸成本高,且經(jīng)濟性較差。近年來,硫酸根自由基SO4·-高級氧化技術成為研究的熱點,通過激活過硫酸鹽產(chǎn)生新型高級氧化還原電位的硫酸根自由基SO4·-可以去除有機物污染物。其中過硫酸鈉穩(wěn)定性高,而且價格較低,應用最為廣泛。但是,由于過硫酸鈉比較穩(wěn)定,常溫下與有機物反應速率較低,實際應用中需要活化。目前集中于采用多種激活方式(熱、波、過渡金屬等)對目標污染物的降解效果及影響因素進行研究,但這些方式都存在耗能較大或催化劑再生性差等缺點,而以鐵氧化物代替Fe2+等過渡金屬元素,不僅有效降解有機物,而且便于回收循環(huán)利用。因此,本論文制備納米Fe3O4,核殼催化劑Fe@Fe2O3、磁性硅藻土和鈰-四氧化三鐵復合納米材料,分別通過XRD、SEM表征分析,并探討這些催化劑活化過硫酸鹽氧化降解環(huán)丙沙星的性能。取得的主要研究結果如下:(1)利用改進的反相共沉淀法合成Fe304催化劑,利用電鏡顯微鏡、X-射線衍射等對其進行表征。以Fe304為催化劑,活化過硫酸鈉降解環(huán)丙沙星,考察了催化劑用量、氧化劑濃度、pH值對環(huán)丙沙星降解效能和反應速率的影響。實驗結果表明:在催化劑投加量2.0g·L-1、過硫酸鈉濃度為1g·L-1、pH為7的條件下,40min時CIP降解率為93.73%,TOC去除率達78%,一級反應常數(shù)為0.06907min-1。同時通過探針性化合物乙醇、叔丁醇和對苯醌,表明了 Fe3O4/過硫酸鈉反應體系中的活性自由基為以SO4·-為主,·OH和HO2·為輔,根據(jù)實驗結果,討論了 Fe3O4/過硫酸鈉體系的催化降解機理。(2)制備了具有核殼結構的納米零價鐵Fe@Fe2O3,用其活化過硫酸鈉對環(huán)丙沙星進行降解,并研究了體系pH值、催化劑用量、氧化劑濃度的因素對其降解性能的影響。結果表明在催化劑投加量2.0g·L-1、過硫酸鈉濃度為1g·L-1、pH為7、室溫25℃的條件下,鹽酸環(huán)丙沙星降解率為86.99%,一級反應常數(shù)為0.08249 min-1。同時通過用探針化合物乙醇、叔丁醇和對苯醌,證實該反應體系中存在的活性自由基以SO4·-為主,·OH和HO2·為輔�？梢娭苽涞腇e@Fe2O3活化過硫酸鈉可以成為一種較為有效的降解環(huán)丙沙星的技術。(3)本研究選擇提純后的硅藻土充當催化劑基礎載體,采用共沉淀法將納米Fe3O4顆粒負載在硅藻殼體表面制備得到一種新型的磁性改性硅藻土(Fe3O4-DTM)。通過SEM、EDX、XRD和紅外光譜的表征分析樣品。結果表明,Fe3O4-DTM活化過硫酸鈉是表面活化反應,CIP降解符合準一級動力學。在硅藻土表面鐵的負載含量為20mmol Fe/g,初始CIP濃度50 mg· L-1、催化劑投量2.0g· L-1,CIP在40min后的去除率達到92.36%。同時通過探針性化合物乙醇、叔丁醇、對苯醌,表明了 Fe3O4-DTM/過硫酸鈉體系中的活性自由基為以SO4·-為主,·OH和HO2·為輔。(4)將稀土鈰與四氧化三鐵進行復合,通過化學共沉淀制備鈰-四氧化三鐵復合材料,對復合材料進行SEM和XRD的表征分析實驗結果表明:鈰的摻雜可以顯著提高CIP的催化降解效率,Ce與Fe304最佳比例是1:20;在催化劑投加量1.g·L-1、過硫酸鈉濃度為1.0g·L-1、pH為7的條件下,40min時環(huán)丙沙星降解率為94.10%,TOC去除率達75%,一級反應常數(shù)為0.06439 min-1。同時通過用探針性化合物乙醇、叔丁醇、對苯醌,表明了 Fe3O4-Ce/過硫酸鈉體系中的活性自由基為以SO4·-為主,·OH和HO2·為輔。最后,對催化劑穩(wěn)定性進行研究,結果顯示Fe3O4-Ce是較為穩(wěn)定,可以有效活化過硫酸鹽降解CIP。
【圖文】：

逡逑圖２－２為實驗制備的納米四氧化三鐵的ＸＲＤ圖譜。觀察圖中的衍射峰分別在１８．３。、逡逑３０．２°、３５．５°、４３．２°、５３．６°、５７．１°和邋６２．７°處，分別對應的晶面（１１１）、（２２０）、（３１１）、（４００）、逡逑（４２２）、（５１１）、（４４０）和（５３１），和標準四氧化三鐵卡片（ＪＣＰＤＳ邋Ｆｉｌｅ邋Ｎｏ．８８－０３１５）相吻合［１６］。逡逑圖中沒有出現(xiàn)其它氧化鐵的特征峰，說明制備的納米四氧化三鐵純度較高。逡逑２．４．３邋Ｆｅ３０４／ＰＳ體系降解鹽酸環(huán)丙沙星廢水的效果逡逑鹽酸環(huán)丙沙星廢水在不同條件下隨時間變化關系如圖２－３所示，實驗結果表明，，單獨逡逑Ｆｅ３0４和單獨ＰＳ對環(huán)丙沙星幾乎沒有降解作用。只有Ｆｅ３０４和ＰＳ同時存在的條件下，４０ｍｉｎ逡逑后環(huán)丙沙星幾乎都被降解，說明了邋Ｆｅ３０４和ＰＳ存在協(xié)同催化的效果。反應４０ｍｉｎ后，用鄰逡逑菲羅啉分光光度法檢測到體系中Ｆｅ２＋總溶出量為０．６６ｍｇ／Ｌ，將相同溶出量的Ｆｅ２＋在Ｆｅ２＋／ＰＳ逡逑體系中環(huán)丙沙星降解率為１１．６５％

邐葛珉鐵氧化物催化劑制備及其活化過硫酸鹽降解環(huán)丙沙星研究沙星廢水的降解率為９３．７３％；當ｐＨ為９時，鹽酸環(huán)丙沙星廢水的降解率為６４．５８％；ｐＨ為１１時，鹽酸環(huán)丙沙星廢水的降解率為３６．６８％，這說明在中性條件下，Ｆｅ３０４／ＰＳ對環(huán)丙沙星的去除率最高。在ｐＨ較高時，Ｓ０４＿—容易和０Ｈ—發(fā)生反應，會消耗水中的Ｓ并生成ＡＨ，ＡＨ的氧化能力比ＳＯ，弱，因此堿性條件下Ｆｅ３０４／ＰＳ的氧化降解能力弱得更明顯［１７—２１］。逡逑１．０邋Ｔｔ－邐邋－３．０－１邐逡逑
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X703

【參考文獻】

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本文編號：2593752