微藻生物炭活化过硫酸盐高效去除水中磺胺甲恶唑的研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:feixiang20090911
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螺旋藻生物质中富含许多有价值的化合物,其中藻蓝蛋白是一种具有多种药用和食用价值的高营养蛋白质,在食品科学和医学中广受欢迎。然而,从螺旋藻中提取藻蓝蛋白必须使用大量无机盐,这就使得螺旋藻渣无法直接用作动物饲料或肥料,导致了藻渣的下游处理成本较高。因此,将其转化低成本,环境友好的生物炭材料用于污水处理是一种经济可行的处理方法。研究通过热裂解法热解萃取完藻蓝蛋白的螺旋藻残渣(SDBC)来制备生物炭。以藻类中的剩余蛋白质组分成功实现生物炭的N-掺杂,获得了用于活化过二硫酸盐(PDS)的高性能碳活化剂。元素分析、BET、XRD、XPS、FTIR等表征结果显示,SDBC具有较大的比表面积、良好的氮掺杂和导电性能,SDBC900-acid比表面积最高达370.1 m2/g。氧化降解实验结果表明,SDBC/PDS体系对大部分水体微污染物具有良好的氧化效率,20-45 min内可使其完全去除。此外,实验探究了SDBC浓度、氧化剂浓度、pH、温度以及无机阴离子对SDBC/PDS体系的影响。结果表明,PDS浓度对反应体系影响很小,而SDBC投加量对体系的影响较大。SDBC浓度为0.5 g/L时,SMX可以在50 min内实现全部降解。而且该体系受环境温度、pH以及无机阴离子影响很小,故其具有良好的应用前景。实验采用选择性自由基清除、溶剂交换(H2O-D2O)、多种有机探针和电化学测量等方式对机理进行了深入研究。揭示了SDBC/PDS不依赖于自由基或单线态氧,而是一种非自由基途径。结果表明,PDS与生物炭(SDBC 900-acid,在900°C下热解)紧密结合形成表面反应性复合物,随后通过电子转移方式降解吸附在生物炭上的有机物磺胺甲恶唑(SMX)。在此过程中,SDBC 900-acid在活化PDS、有机降解以及介导SMX和PDS之间进行电子转移中发挥了多种作用。更重要的是,SDBC 900-acid/PDS系统中的非自由基过程能够有效灭活废水中的细菌(大肠杆菌),当反应进行90分钟后,活/死细胞比例下降至7/93。通过对SDBC活化性能的探究和制备成本核算,考察了其在实际应用中的可行性。结果表明,SDBC可以通过热处理重新恢复活性,并且在复杂水体背景和长时间连续运行下依然对PDS有很高的活化效果。此外,SDBC在制备成本上远低于活性炭,可以作为PDS活化剂应用于实际工程。
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