过渡金属钙钛矿催化氧化降解工业废水中难降解有机物的研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wrothnpc
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随着我国水污染日益严重,工业废水中有机污染物的种类增加,危害越来越大,其特征是高氨氮、污染物成份复杂、浓度高且多为生物难降解有毒有害有机物。其中尤以苯环类和杂环类有机污染物毒性高、难降解,其处理工艺受到普遍关注。传统的水处理技术难以满足排放的达标要求,而新兴的高级氧化技术可凭借高活性氧物种(ROS),对此类有机污染物进行高效彻底的降解。其中催化臭氧和催化过硫酸盐氧化技术具有适用范围广、反应速率快、氧化能力强等优点。利用过渡金属氧化物作为催化剂,可高效催化臭氧和过一硫酸盐(PMS),产生大量自由基,对有机物彻底降解。本研究合成了具有不同结构及形貌的过渡金属钙钛矿催化材料La Mn O3和La Ba Co Mn O3(简称LMO和LBCM),用表征探究其物理化学性质,并分别考察了其在催化臭氧和催化过硫酸盐氧化中的活性,并深入探究其催化活性位点和催化氧化过程中产生的自由基的种类及其对有机污染物降解的贡献。在LMO催化臭氧降解水体中有机污染物的工作中,通过调控Mn和La的比例合成了LMO催化剂。材料催化臭氧可在45 min内降解50 mg/L的草酸(OA),30 min内降解50 mg/L的苯并三唑(BTA),反应活性位点为路易斯酸位点,包括表面羟基、金属离子Mn3+/Mn4+氧化还原循环和氧空穴。臭氧分子自发解离为ROS,原位EPR和自由基淬灭实验证实活性ROS为羟基自由基(·OH)和单线态氧(~1O2)。该工作揭示了臭氧在纳米钙钛矿基复合材料上的吸附/降解和ROS的产生机理。在LBCM催化PMS降解水体中有机污染物的工作中,通过调控钙钛矿B位中Co和Mn的比例,合成了具有不同形貌的材料,发现具有正方体结构的LBCM材料可高效活化PMS,可在25 min内降解25 mg/L的苯酚,60 min内降解25 mg/L的对氯苯酚、对硝基苯酚、对羟基苯甲酸等物质。主要反应活性位点为路易斯酸位点,包括催化剂表面羟基、金属离子Mn3+/Mn4+和Co2+/Co3+氧化还原循环和氧空穴。原位EPR和淬灭实验证实主要的活性自由基为羟基、硫酸根自由基。该工作同时探讨了不同反应温度、溶液p H值、污染物浓度、氧化剂投加量、水中阴离子及腐殖酸对苯酚降解的影响。该工作通过调节配位金属的比例达到对钙钛矿的形貌控制,并对钙钛矿催化臭氧/PMS降解机理进行深入阐述,为今后对催化活性位点和机理的进一步探究打下基础。
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