【摘要】：基于過一硫酸鹽(PMS)高級氧化技術(shù)降解持久性有毒有機污染物具有綠色、高效、受pH影響小等優(yōu)點,然而傳統(tǒng)的過渡金屬離子活化PMS反應(yīng)體系存在反應(yīng)難以調(diào)控,二次污染等缺陷。本文以共價有機骨架材料(COF)為前驅(qū)體,采用不同元素?fù)诫s,構(gòu)建了非金屬氮化碳-共價有機骨架催化劑(g-C_3N_4@COF)以及單原子Fe摻雜共價有機骨架催化劑(Fe@COF)增強PMS活化效率,探明PMS活化降解有機物反應(yīng)機理,詮釋催化劑結(jié)構(gòu)組成-摻雜元素-催化性能之間的構(gòu)效關(guān)系。具體研究內(nèi)容如下:(1)通過組裝共價有機骨架材料和氮化碳合成高石墨化程度、高氮含量的非金屬催化劑g-C_3N_4@COF,并成功應(yīng)用于活化PMS降解水中污染物。場發(fā)射掃描電鏡(SEM)照片顯示催化劑由大量形狀不規(guī)則的COF晶體層層堆積在氮化碳(g-C_3N_4)表面形成三維結(jié)構(gòu)。g-C_3N_4的前驅(qū)體(尿素、三聚氰胺和雙氰胺)影響合成g-C_3N_4@COF復(fù)合材料多孔結(jié)構(gòu)和催化性能。此外,系統(tǒng)的考察了氧化劑用量、初始有機物濃度、溫度、pH值、無機陰離子對目標(biāo)污染物金橙II的去除效率的影響,并對催化劑的重復(fù)性及穩(wěn)定性進行探討研究。自由基淬滅實驗和電子順磁共振(EPR)表明,g-C_3N_4@COF/PMS反應(yīng)體系降解有機污染物中生成的活性物種單線態(tài)氧(~1O_2)占據(jù)主導(dǎo)地位。結(jié)合表征結(jié)果推斷出,石墨化程度和含氮量之間良好的平衡有利于活化PMS降解水中有毒有機污染物。(2)以COF為載體與不同質(zhì)量的FeCl_3均相混合,并采用高溫?zé)峤夥ㄔ诓煌褵郎囟认轮苽銯e@COF-X-T(X代表Fe源與COF的質(zhì)量比,T代表煅燒溫度)。實驗結(jié)果表明,鐵摻雜成功的合成單原子Fe-N_x活性位點以及改變碳框架的電子結(jié)構(gòu),顯著提高激活PMS去除有機污染物的催化性能。結(jié)合自由基淬滅實驗和原位電子順磁共振(EPR)表征,表明Fe@COF/PMS體系中起主導(dǎo)作用的是~1O_2而非羥基自由基(HO~·)和硫酸根自由基(SO_4~(·-))。此外,考察了氧化劑用量、初始有機物濃度、溫度、水質(zhì)(如pH值、天然有機物)對目標(biāo)污染物金橙II的去除效率的影響,并對催化劑的重復(fù)性及穩(wěn)定性進行探討研究。結(jié)合表征推斷出催化劑含有豐富的單原子Fe-N_x活性位點能夠活化PMS生成~1O_2,而吡咯氮能有效的吸附有機分子,從而加速類Fenton反應(yīng)降解有機污染物。
【圖文】：

自然界的基礎(chǔ)，然而地球上只有 2.5%的水可供食用，、合理的利用水資源至關(guān)重要。伴隨著工業(yè)化迅速發(fā)展，，越來越多染物、重金屬從人類活動中進入水體，導(dǎo)致干凈新鮮的水資源更加響到自然界和人類的健康發(fā)展。目前，污染廢水主要來源于工業(yè)廢以及生活廢水。其中，工業(yè)廢水如含酚類、染料、鹵代烴以及芳香具有成分復(fù)雜，毒性強，難去除等特點，對人類健康和安全生產(chǎn)極因此，迫切需要開發(fā)去除廢水中持久性有毒有機污染物的技術(shù)。年來，工業(yè)廢水引起的水污染問題日益嚴(yán)峻，有毒有機污染物的治受到人們的關(guān)注。傳統(tǒng)處理有毒有機污染物的方式包括物理法、生法。如圖 1.1 所示，其中，物理法沒有破壞有機物分子結(jié)構(gòu)，僅僅是，無法有效根除有毒有機物。生物法對水質(zhì)要求較高，沒有普適性較長。一般化學(xué)法因其需要加入大量的化學(xué)試劑，易產(chǎn)生二次污染，不適宜大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用[2]。一種新型高效降解工業(yè)廢水中有毒有-“高級氧化技術(shù)”應(yīng)運而生。

常見的活化方法主要分為 UV[18]和過渡金屬[19]二種。過渡金屬催指過渡金屬活化臭氧過程中產(chǎn)生高活性物種HO 自由基等，但屬離子浸出以及臭氧利用率低限制其廣泛應(yīng)用。UV/O3體系是 O3首先分解為 O2和 H2O2，隨后 O2和 H2O 反應(yīng)產(chǎn)生 HO 自由下同樣能生成HO 自由基。雖然 UV/O3體系降解有機污染物高效率高，但是存在 O3在溶液中溶解度低、對場地有要求、適用 p催化氧化法光不僅能活化不同類型的氧化物去除有機污染物，而且在光催外加氧化劑同樣也能降解有機污染物[20]。光催化氧化的原理主射下，光催化劑吸收光子，當(dāng)光子能量等于或超過催化劑的帶（e-）到傳導(dǎo)帶，從而產(chǎn)生一個電子空穴（H+），光催化劑表面水和 O2氧化成HO 自由基，將持久性有機污染物礦化為 CO2和
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703;O643.36

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本文編號：2599277