β-环糊精修饰的铁氧化物活化过硫酸盐降解持久性有机污染物的研究

发布时间：2020-06-27 23:10

【摘要】：持久性有机污染物的水溶性低、亲脂性高、而且不容易被降解,广泛分布在大气、土壤、水体中、甚至在人体中也能检测到,这就使得持久性污染物能在人体和生物体内长期聚集并对他们造成一定的威胁。因此发现更加新兴更加有效的处理手段是我们一直致力研究的目标。目前对于持久性有机污染物的处理方法主要包括物理法(吸附法、絮凝沉淀法和膜分离法)、生物法(厌氧处理法、好氧处理法和厌氧-好氧联用法)和高级氧化技术等。而过硫酸盐原位氧化法是一种以硫酸根自由基(S04·-)为强氧化性物种,可有效地处理持久性有机污染的新兴高级氧化技术,该技术具有适用范围广、氧化能力强、选择性高等优点,所以在难降解有机污染物方面具有十分重要的意义。但对于一些水溶性极差的有机污染物降解需要的时间长,效果不明显,甚至不能实现完全的降解,所以可以采用一些可磁性分离的催化剂并对催化剂进行表面修饰以改变污染物的溶解度或者利用修饰剂的特性来达到增强降解污染物的效果。本论文主要以持久性有机污染物(双酚A、4-氯苯酚)的去除为目标,以β-环糊精修饰的铁氧化物为非均相催化剂,实现对有机污染物的高效处理。论文的主要内容归纳如下:1.实验采用Fe3O4@β-CD复合纳米材料作为过硫酸盐(PS)的非均相活化剂用于研究双酚A(BPA)的降解。本章详细探究了 pH、PS浓度、催化剂用量等运行参数对催化降解过程的影响。结果显示当PS浓度为5 mM,催化剂用量为1.0 g/L,溶液pH为3.0时,120 min后对0.1 mM BPA的去除率达到了 100%。而且,实验比较了 Fe3O4@β-CD和Fe3O4催化活性的差异,结果表明Fe3O4@β-CD展现了比Fe3O4更加优异的催化性能。通过自由基淬灭实验以及ESR光谱测试确定了 Fe3O4@β-CD/PS催化降解BPA体系中涉及的主要反应性自由基(SO4·-和·OH)。此外,催化剂展现了良好的可重复性和稳定性。基于氯离子对实验结果的影响,发现了 β-CD在减小来自氯离子的干扰方面起着至关重要的作用,从而导致了在Fe3O4@β-CD/PS体系中对BPA的高去除率。根据GC-MS确定了降解过程中的中间产物,提出了 BPA可能的降解路径。2.利用水热法结合共沉淀法合成出了 CuFe2O4@β-CD纳米复合材料,并且运用XRD、TEM、FT-IR、TGA等对其结构组成进行了详细地表征。CuFe2O4@β-CD被首次用作过硫酸盐的活化剂,结果发现CuFe2O4@β-CD/PS用于4-氯苯酚(4-CP)的降解具有很广阔的应用前景。本实验系统讨论了 pH值、PS浓度对CuFe2O4@β-CD降解4-CP过程的影响,发现该催化剂在中性条件下即可展现较高的催化活性。实验比较了 CuFe2O4@β-CD和CuFe2O4对4-CP降解能力的差异。结果表明CuFe2O4@β-CD展现了比CuFe2O4更加优异的催化性能,这可能是由β-CD的负载而形成了三级结构造成的,这种结构能在增大有机污染物的溶解度的同时还能允许自由基更加直接的进攻4-CP从而实现更高效的降解。此外,通过自由基淬灭实验测定了反应过程中所产生的自由基种类。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592;O643.3
【图文】：

流程图,絮凝沉淀法,絮凝剂,有机污染物

以沉淀的形式析出［＆２６］。Ｒｅｂｈｕｎ［２４］等利用三氯化铁作为絮凝剂，腐殖酸为络合逡逑剂，考察研宄了对芘、荧蒽、蒽的去除效果，并探宄了不同量的絮凝剂对ＰＡＨｓ逡逑去除效果的影响，流程图如图１－２。实验数据显示在ＰＡＨｓ浓度为４８邋ｎｆｌ；１时，逡逑５邋ｈ后的去除效果达到了邋９８％。Ｚｈｅｎｇ［２６］等制备出了阴离子型聚丙烯酰胺并将其逡逑作为絮凝剂用于水中邻苯二甲酸二辛脂的去除。结果表明，当聚丙烯酰胺浓度为逡逑１５００邋ｍｇ’Ｉ／１和反应溶液的ｐＨ为２．０时，对０．５邋ｍｇ’Ｉ／１模型污染物实现了邋８２．１％逡逑的去除率。但是这种方法存在一定的缺陷：脱色效率低、容易产生大量的污泥、逡逑易造成二次污染，使用条件苛刻，所以絮凝沉淀法的使用受到了一定的限制。逡逑４逡逑

示意图,工业废水处理,膜生物反应器,示意图

Ｕｅｄａ［２７］等利用一体式膜生物反应器对家用废水进行过滤处理，最终对家用废水逡逑中ＢＯＤ和ＴＯＣ的去除率分别是９９％和９３％，表明该研究取得了良好的处理效逡逑果。此（＾１１２８］研宄了膜生物反应器对工业和城市废水的处理状况（示意图１－３），数逡逑据显示废水中ＣＯＤ的去除率达到了邋９０％，并且废水处理的ＢＯＤ与ＣＯＤ的比值逡逑大于０．５，这和城市未来要达到的结果是相符的。当然该方法也有一定的弊端。逡逑比如选择性差、成本高、膜容易结垢、浓缩后的产物的处理等一系列问题。逡逑Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｅｄ邋ｓｔｒｅａｍ逡逑｜逦逦？Ｏｕｔ逡逑Ｉｎ邋—＇ｎ邋—ｈｍｈＡ逦ｓ逡逑Ａｉｒ邋逦Ｐｕｒ＾Ｐ邋逦１邋Ａｉｒ邋－—逡逑Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ邋ｊ逦，ｆ逦Ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ］逡逑Ｗａｓｔｅ邋－邋，逦Ｗａｓｔｅ逡逑Ｏｕｔ逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑图１－３膜生物反应器对工业废水处理的示意图［２Ｓ】逡逑

【参考文献】