功能化共价有机骨架复合材料表界面调控及催化氧化性能评价

发布时间：2020-03-25 02:53

【摘要】：基于过一硫酸盐(PMS)高级氧化技术降解持久性有毒有机污染物具有绿色、高效、受pH影响小等优点,然而传统的过渡金属离子活化PMS反应体系存在反应难以调控,二次污染等缺陷。本文以共价有机骨架材料(COF)为前驱体,采用不同元素掺杂,构建了非金属氮化碳-共价有机骨架催化剂(g-C_3N_4@COF)以及单原子Fe掺杂共价有机骨架催化剂(Fe@COF)增强PMS活化效率,探明PMS活化降解有机物反应机理,诠释催化剂结构组成-掺杂元素-催化性能之间的构效关系。具体研究内容如下:(1)通过组装共价有机骨架材料和氮化碳合成高石墨化程度、高氮含量的非金属催化剂g-C_3N_4@COF,并成功应用于活化PMS降解水中污染物。场发射扫描电镜(SEM)照片显示催化剂由大量形状不规则的COF晶体层层堆积在氮化碳(g-C_3N_4)表面形成三维结构。g-C_3N_4的前驱体(尿素、三聚氰胺和双氰胺)影响合成g-C_3N_4@COF复合材料多孔结构和催化性能。此外,系统的考察了氧化剂用量、初始有机物浓度、温度、pH值、无机阴离子对目标污染物金橙II的去除效率的影响,并对催化剂的重复性及稳定性进行探讨研究。自由基淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)表明,g-C_3N_4@COF/PMS反应体系降解有机污染物中生成的活性物种单线态氧(~1O_2)占据主导地位。结合表征结果推断出,石墨化程度和含氮量之间良好的平衡有利于活化PMS降解水中有毒有机污染物。(2)以COF为载体与不同质量的FeCl_3均相混合,并采用高温热解法在不同煅烧温度下制备Fe@COF-X-T(X代表Fe源与COF的质量比,T代表煅烧温度)。实验结果表明,铁掺杂成功的合成单原子Fe-N_x活性位点以及改变碳框架的电子结构,显著提高激活PMS去除有机污染物的催化性能。结合自由基淬灭实验和原位电子顺磁共振(EPR)表征,表明Fe@COF/PMS体系中起主导作用的是~1O_2而非羟基自由基(HO~·)和硫酸根自由基(SO_4~(·-))。此外,考察了氧化剂用量、初始有机物浓度、温度、水质(如pH值、天然有机物)对目标污染物金橙II的去除效率的影响,并对催化剂的重复性及稳定性进行探讨研究。结合表征推断出催化剂含有丰富的单原子Fe-N_x活性位点能够活化PMS生成~1O_2,而吡咯氮能有效的吸附有机分子,从而加速类Fenton反应降解有机污染物。
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废水处理

自然界的基础，然而地球上只有 2.5%的水可供食用，、合理的利用水资源至关重要。伴随着工业化迅速发展，，越来越多染物、重金属从人类活动中进入水体，导致干净新鲜的水资源更加响到自然界和人类的健康发展。目前，污染废水主要来源于工业废以及生活废水。其中，工业废水如含酚类、染料、卤代烃以及芳香具有成分复杂，毒性强，难去除等特点，对人类健康和安全生产极因此，迫切需要开发去除废水中持久性有毒有机污染物的技术。年来，工业废水引起的水污染问题日益严峻，有毒有机污染物的治受到人们的关注。传统处理有毒有机污染物的方式包括物理法、生法。如图 1.1 所示，其中，物理法没有破坏有机物分子结构，仅仅是，无法有效根除有毒有机物。生物法对水质要求较高，没有普适性较长。一般化学法因其需要加入大量的化学试剂，易产生二次污染，不适宜大规模工业化应用[2]。一种新型高效降解工业废水中有毒有-“高级氧化技术”应运而生。

光催化氧化,有机污染物,反应机理

常见的活化方法主要分为 UV[18]和过渡金属[19]二种。过渡金属催指过渡金属活化臭氧过程中产生高活性物种HO 自由基等，但属离子浸出以及臭氧利用率低限制其广泛应用。UV/O3体系是 O3首先分解为 O2和 H2O2，随后 O2和 H2O 反应产生 HO 自由下同样能生成HO 自由基。虽然 UV/O3体系降解有机污染物高效率高，但是存在 O3在溶液中溶解度低、对场地有要求、适用 p催化氧化法光不仅能活化不同类型的氧化物去除有机污染物，而且在光催外加氧化剂同样也能降解有机污染物[20]。光催化氧化的原理主射下，光催化剂吸收光子，当光子能量等于或超过催化剂的带（e-）到传导带，从而产生一个电子空穴（H+），光催化剂表面水和 O2氧化成HO 自由基，将持久性有机污染物矿化为 CO2和
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;O643.36

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