活化过一硫酸盐去除有机污染物的双金属催化剂的结构设计和优化调控

发布时间：2023-12-04 18:32

　　随着经济发展和城市化进程的加快,水环境中的有机污染物种类和数量日益增多,需要高效、廉价且环境友好的水处理技术以满足水环境保护的国家重大需求。基于过一硫酸盐(PMS)的非均相催化氧化技术能够实现污染物的快速去除,其氧化效率高、pH适用范围宽且抗干扰能力强。但该技术在实际应用之前还面临三个主要问题,即金属基催化材料活性和稳定性较弱,粉体催化剂难以直接应用于实际水处理,出水中低浓度PMS缺乏有效的分析方法。本论文针对上述问题,利用形貌调控、双金属复合、界面结构调控、机械化学合成、毫米级载体负载等多种策略对金属基催化剂进行改性和优化,实现了典型难降解有机污染物的高效去除和固定床反应器的稳定运行,并建立了一种超灵敏检测水中PMS的分子荧光方法。本文通过对材料理化性质的表征、催化性能的评估和催化机理的解析,证实了上述提升策略和分析方法的合理性和有效性,从而为非均相催化PMS氧化技术应用于水处理提供了新的思路和科学依据。本论文的主要研究内容和成果概括如下:1.非经典结晶策略调控Co-Fe PBA内外结构提升其PMS活化性能。结构调控能够有效提升催化剂性能,针对金属基纳米材料内部结构调控困难的问题,发...

【文章页数】：169 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 背景概述
        1.1.1 传统高级氧化技术
        1.1.2 过硫酸盐氧化技术
    1.2 过渡金属基活化材料
        1.2.1 铁基材料
        1.2.2 锰基材料
        1.2.3 铜基材料
        1.2.4 钴基材料
    1.3 过渡金属催化剂存在的问题及解决策略
        1.3.1 存在的问题
        1.3.2 形貌调控
        1.3.3 双金属复合
        1.3.4 载体效应
        1.3.5 界面效应
        1.3.6 限域效应
        1.3.7 单原子催化剂
    1.4 PS-AOPs反应器体系设计
        1.4.1 悬浮颗粒体系
        1.4.2 固定化催化剂体系
    1.5 本文的研究内容和意义
    参考文献
第2章 Co-Fe PBA内外结构调控及其活化PMS去除有机污染物
    2.1 引言
    2.2 材料与方法
        2.2.1 试剂和药品
        2.2.2 Co-Fe PBA纳米颗粒的合成
        2.2.3 材料表征
        2.2.4 BPA降解实验
        2.2.5 分析方法
        2.2.6 密度泛函理论(DFT)计算
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 Co-Fe PBA的产物形貌
        2.3.2 非经典结晶过程解析
        2.3.3 柠檬酸根在成核控制中的功能
        2.3.4 柠檬酸根导向的组装体演化过程
        2.3.5 柠檬酸根的应用规律
        2.3.6 PBA纳米颗粒活化PMS去除BPA的效能
    2.4 本章小结
    参考文献
第3章 Mn_1.8Fe_1.2O₄纳米球催化活化PMS过程中的双金属协同效应
    3.1 引言
    3.2 材料与方法
        3.2.1 试剂和药品
        3.2.2 MnFeO纳米球的合成
        3.2.3 催化剂表征
        3.2.4 BPA降解实验
        3.2.5 分析方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 MnFeO纳米球的理化性质
        3.3.2 MnFeO纳米球的催化性能
        3.3.3 Mn-Fe协同催化效应
        3.3.4 反应体系中的自由基物种
        3.3.5 BPA的降解路径
        3.3.6 PMS活化机理
        3.3.7 Mn-Fe协同作用机制
    3.4 本章小结
    参考文献
第4章 Mn/Fe氧化物界面高效活化PMS及其连续流反应器去除BPA
    4.1 引言
    4.2 材料与方法
        4.2.1 试剂和药品
        4.2.2 Mn/Fe氧化物界面结构的构建
        4.2.3 毫米级Mn-Fe-Ti氧化物小球的制备
        4.2.4 催化剂表征
        4.2.5 粉末催化剂的污染物降解实验
        4.2.6 MFTO小球的污染物降解实验
        4.2.7 分析方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 Mn₂O₃/Fe₂O₃界面的理化性质
        4.3.2 界面结构的催化性能及其构效关系
        4.3.3 Mn/Fe氧化物界面催化效应的普适性
        4.3.4 界面结构的优化与性能提升
        4.3.5 MFTO固定床反应器的搭建与运行
    4.4 本章小结
    参考文献
第5章 机械化学法制备负载型MnO_x/Fe₂O₃催化剂用于PMS的高效活化
    5.1 引言
    5.2 材料与方法
        5.2.1 试剂和药品
        5.2.2 BM-MnO_x/Fe₂O₃的制备
        5.2.3 催化剂表征
        5.2.4 污染物降解实验
        5.2.5 分析方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 BM-MnO_x/Fe₂O₃的理化性质
        5.3.2 BM-MnO_x/Fe2_O
3的催化性能
        5.3.3 球磨罐的再生和循环利用
    5.4 本章小结
    参考文献
第6章 Mn_1.8Fe_1.2O₄多孔纳米立方块协同PMS吸附-氧化去除阿散酸
    6.1 引言
    6.2 材料与方法
        6.2.1 试剂和药品
        6.2.2 MnFeO纳米立方块的制备
        6.2.3 催化剂表征
        6.2.4 p-ASA去除实验
        6.2.5 分析方法
        6.2.6 电化学测试
    6.3 结果与讨论
        6.3.1 MnFeO纳米立方块的理化性质
        6.3.2 阿散酸和总砷去除性能
        6.3.3 PMS/MnFeO体系中p-ASA的去除机理
        6.3.4 p-ASA降解途径
        6.3.5 催化剂再生和循环利用
    6.4 本章小结
    参考文献
第7章 苯甲酸分子荧光法超灵敏检测水中的PMS
    7.1 引言
    7.2 材料与方法
        7.2.1 试剂和药品
        7.2.2 PMS分析实验
        7.2.3 分析方法
    7.3 结果与讨论
        7.3.1 荧光分子和自由基物种
        7.3.2 BA荧光法的创建与优化
        7.3.3 BA荧光法的检测性能
        7.3.4 实际水样测试效果
    7.4 本章小结
    参考文献
第8章 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 展望
        8.2.1 先进材料与工艺研发
        8.2.2 实际应用推广
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果



本文编号：3870482