论文部分内容阅读
臭氧氧化技术作为高级氧化技术的一个重要方面，在水处理中应用非常广泛，尤其是多相催化臭氧化技术，因其对水体中高稳定性、难降解的有机污染物有较好的去除作用而受到科研工作者的亲睐。含酚废水是一种常见的工业有机污染物，主要来源于煤气、石油化工以及制药等行业，且来源广泛、数量巨大、危害较深。含酚废水具有高毒性和致癌性，因而被美国环保署（EPA）列为难降解有机污染物之一。石墨烯（GN）具有独特的电学、力学和热学性能，现阶段它在水处理方面的研究主要是用作于吸附材料，与臭氧结合方面的研究目前还较为少见，鉴于其的优异性能，其在催化臭氧化领域具有很大潜能。本研究以天然石墨为起点，采用改进的Hummers法制备出了氧化石墨（GO），然后以氧化石墨为前驱物，利用硼氢化钠还原法分别制备出了石墨烯、石墨烯负载氧化镍（NiO@GN）、石墨烯负载二氧化钛（TiO2@GN）和石墨烯负载氧化铜（CuO@GN）催化剂。其次对上述制备的材料进行了XRD、RS、TEM和XPS等表征，最后考察了它们在催化臭氧化中对苯酚的降解效果。NiO@GN的XRD、RS、TEM和XPS的表征结果表明：NiO成功负载到了石墨烯表面，但负载量较少，且NiO呈非晶形态。在NiO@GN/O3催化臭氧化苯酚体系中，GN及NiO@GN对苯酚具有一定的吸附作用，但并不占主导作用，NiO@GN的存在极大的提高了苯酚的去除率；随着催化剂投加量的增加、pH的上升，苯酚的去除率上升，增加臭氧投加量，苯酚的去除率无明显变化；叔丁醇的加入增加了臭氧，特别是吸附到催化剂表面的臭氧的稳定性，从而使苯酚的去除率略有升高，表明NiO@GN/O3体系不遵循羟基自由基机理；通过催化剂吸附臭氧试验，我们推测NiO@GN/O3催化臭氧化的反应机理为臭氧和苯酚分子首先被吸附到NiO@GN表面并形成固液相界面，然后臭氧和苯酚在固液相界面发生反应将苯酚降解。TiO2@GN的XRD、RS和TEM表征结果表明制备出的TiO2为锐钛矿晶型，较均匀的负载于石墨烯表面。TiO2@GN的加入明显的提高了苯酚的去除率；催化剂投加量和pH的上升均可以有效的提高苯酚的去除率；随着苯酚初始浓度的增加，苯酚的去除率下降，但苯酚的去除量增加；不同的叔丁醇投加量对苯酚去除率几乎没有影响，表明TiO2@GN/O3催化臭氧化体系中没有羟基自由基产生。对CuO@GN的XRD、RS、TEM表征结果显示：Cu主要以Cu2O和CuO混合物的形式负载于石墨烯表面，且有一定的团聚现象产生。CuO@GN催化臭氧化苯酚效果表明CuO@GN在催化体系中起到负催化的作用。