【摘 要】
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以双酚A(BPA)为代表的环境内分泌干扰物作为“新兴微污染物”具有浓度低、毒性大、难降解的特点。目前的传统水处理工艺无法将其完全去除,导致其在环境中大量残留与累积,对人类及其它生物危害极大。针对以上问题,本文围绕如何高效去除双酚A开展工作,通过将光催化(PC)或光电催化技术(PEC)与过硫酸盐高级氧化技术(SR-AOP)相结合,设计并制备了三种新型光催化及光电催化体系。论文主要研究内容及结果如下:
【基金项目】
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国家自然科学基金(No.51578532);
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以双酚A(BPA)为代表的环境内分泌干扰物作为“新兴微污染物”具有浓度低、毒性大、难降解的特点。目前的传统水处理工艺无法将其完全去除,导致其在环境中大量残留与累积,对人类及其它生物危害极大。针对以上问题,本文围绕如何高效去除双酚A开展工作,通过将光催化(PC)或光电催化技术(PEC)与过硫酸盐高级氧化技术(SR-AOP)相结合,设计并制备了三种新型光催化及光电催化体系。论文主要研究内容及结果如下:(1)采用水热法制备铁酸锰(MnFe2O4)纳米球修饰的石墨相氮化碳(g-C3N4)光催化剂,考察其可见光催化活化过一硫酸盐(PMS)降解BPA的性能。结果显示,与g-C3N4相比,MnFe2O4/g-C3N4表现出更高的光催化活性。当PMS浓度为1 mmol·L-1、MnFe2O4负载量为20%及催化剂投加量为0.5 g·L-1时,复合催化剂光催化活性最佳,2 h反应后,BPA去除率达到98%。光电化学测试结果表明,MnFe2O4的引入可提升g-C3N4光生载流子分离能力。同时,自由基捕获实验结果表明,SO4·-、·O2-及光生h+对BPA降解均有贡献。重复性实验结果表明该复合光催化剂具备较好的稳定性。(2)为解决研究一中粉体金属催化剂存在的金属溶出多及催化剂回收困难的问题,构建以MnFe2O4纳米球修饰的活性碳纸(CFP)MnFe2O4@CFP复合电极为阴极,可见光响应的Bi VO4为光阳极的新型的Bi VO4-MnFe2O4@CFP光电催化体系,探究其光电催化活化PMS降解BPA性能。结果表明,BPA的去除率随体系中PMS投加量及外加偏压的升高而增大。在PMS浓度为1 mmol·L-1及偏压为1 V的条件下,反应1.5小时后BPA去除率达100%。自由基捕获实验及电子自旋共振结果显示,·OH和SO4·-是主要的活性物质,且SO4·-对BPA的去除贡献大。XPS结果表明PEC过程可促进阴极MnFe2O4中锰与铁的价态循环,强化阴极活化PMS能力,实现BPA的高效去除。(3)为解决研究二中金属回收不彻底的问题,构建以硼(B)掺杂碳气凝胶(CAs)为阴极,Bi VO4为光阳极的新型的光电催化体系,考察该体系光电催化活化PMS降解BPA的性能。结果表明:BPA的降解效果随着外加偏压及PMS投加量的增大呈先增强后减弱的趋势。其中,当外加偏压为0.75 V和PMS投加量为0.75 mmol·L-1时,光照3 h后体系对BPA的去除率可达100%。自由基捕获实验及ESR结果表明,·OH、1O2及·O2-均对BPA的去除具有一定贡献,且发挥主要作用的是1O2及·O2-。重复性实验结果表明该体系具有较高的稳定性。同时,针对不同污染物的降解实验表明该体系对BPA、2,4-二氯酚(2,4-DCP)与苯酚(Ph OH)均表现出较优的去除性能。本研究将多种高级氧化技术耦合,利用反应过程中产生的强活性自由基实现BPA的高效降解,并通过引入电催化及非金属材料逐步实现降解的绿色化,为今后高效催化体系应用于水污染控制领域提供研究基础。
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