【摘要】：隨著化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及人民生活水平的提高,水環(huán)境的污染狀況趨于多元化,水體中頻繁檢出難降解的痕量有機污染物。由于常規(guī)處理工藝對水中痕量有機污染物的去除能力很弱,為提高水體中痕量有機物的去除效果,研究者們致力于研究高效的水處理工藝。本論文通過堿式沉淀法合成Co-FeOOH催化劑,通過傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜分析(FTIR)、X射線衍射分析(XRD)、掃描電鏡(SEM)、X射線光電子能譜分析(XPS)、比表面分析(BET)等方法對Co-FeOOH的物理結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)進行表征,并將其應用于催化臭氧氧化工藝中,考察Co-FeOOH催化臭氧氧化對水中痕量有機污染物的去除效能。通過考察Co-FeOOH合成過程中鈷與鐵的元素比、活化時間、活化溫度對其催化活性的影響,最終確定Co-FeOOH的最佳制備條件如下:Co/Fe=0.13,活化溫度為60℃,活化時間為48小時。通過對最佳制備條件下合成的Co-FeOOH進行表征發(fā)現(xiàn),Co-FeOOH呈現(xiàn)均勻的納米棒結(jié)構(gòu),其表面有豐富的羥基基團,實驗中所制備的Co-Fe OOH的表面積、孔容、平均孔徑分別為139.332 m~2/g、0.236 cm~3/g、8.291 nm。此外,Co-FeOOH的零電荷點是7.82,催化劑表面的氧元素以化學吸附氧為主。選取硝基苯(NB)、阿替洛爾(ATL)為目標物,分別研究Co-FeOOH催化臭氧氧化對兩種目標物的去除效能。實驗對不同影響因素對Co-FeOOH催化臭氧氧化對硝基苯去除效能的影響進行了考察,結(jié)果顯示,Co-FeOOH的加入可以明顯提高臭氧氧化對NB和ATL的去除能力。在Co-FeOOH催化臭氧氧化硝基苯的過程中,水體中NB的去除率隨著臭氧濃度以及催化劑投加量的增加而逐漸升高;當NB的初始濃度為100μg/L時,NB的去除率最高。水體中HCO_3~-對NB的去除有明顯的抑制作用,其抑制作用隨著HCO_3~-濃度的增加而增強。在Co-FeOOH催化臭氧氧化阿替洛爾的過程中,阿替洛爾的去除率與臭氧濃度、催化劑投加量呈正相關關系;當ATL的初始濃度為200μg/L時,ATL的去除率最高。此外,水體中HCO_3~-對ATL的去除起到一定的促進作用,這可能是因為水體中產(chǎn)生了大量的CO_3·~-。對Co-FeOOH催化臭氧氧化NB的機理進行探討。溶液pH值對Co-FeOOH催化臭氧氧化NB的影響結(jié)果顯示,溶液pH值為9時,單獨臭氧氧化和催化臭氧氧化對NB的去除率最高;而當溶液的pH值為6.86時,催化劑的催化效能最高。羥基抑制劑叔丁醇的加入明顯降低了硝基苯的去除,說明NB的去除是羥基自由基的主導作用。另外,通過電子自旋共振法(ESR)和熒光光度法(FD)捕獲反應體系中的羥基自由基,結(jié)果顯示Co-FeOOH催化臭氧氧化體系中羥基自由基的生成量明顯高于單獨臭氧氧化體系。綜合以上分析,Co-FeOOH催化臭氧氧化硝基苯的過程符合羥基自由基的反應機理。對Co-FeOOH催化臭氧氧化ATL的機理進行探討。溶液pH值對ATL去除的影響結(jié)果顯示,在堿性條件下時,單獨臭氧氧化和催化臭氧氧化對ATL的去除率最高;當溶液的pH值為3.82時,催化劑表現(xiàn)出很高的催化活性,催化臭氧氧化對ATL的去除率較單獨臭氧氧化提高了26.11%,但是在中性和堿性條件下時,由于此時單獨臭氧氧化工藝對ATL的去除率已接近100%,此時催化劑并沒有表現(xiàn)出很高的催化活性。加入叔丁醇之后,阿替洛爾的去除率有輕微的降低,間接說明Co-FeOOH催化臭氧氧化過程中ATL的降解并不是羥基自由基的主導作用。通過UPLC/MS/MS對ATL降解過程中的中間產(chǎn)物進行檢測,并推測出可能的降解路徑,結(jié)果發(fā)現(xiàn)ATL在降解過程主要中發(fā)生了羥基化、開環(huán)反應、側(cè)鏈斷裂以及側(cè)鏈氧化。Co-FeOOH在使用過程中具有較高的催化穩(wěn)定性,重復使用5次后該催化劑仍表現(xiàn)出很高的催化活性。Co-FeOOH在使用過程中有微量的鐵離子和鈷離子溶出,但是兩種離子的溶出濃度都低于國標中的濃度限值,不會對水質(zhì)產(chǎn)生影響。
【圖文】：

實驗反應裝置圖

-6 FeOOH (a)、CoOOH (b)、Co-FeOOH (c)的 SEM 譜圖以及 Co-FeOOH 的 TEM(dFig.3-6 SEM images of and TEM images of catalysts
【學位授予單位】：山東師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X52

【參考文獻】

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本文編號：2614407