改性有序介孔碳活化过硫酸盐降解双酚A研究

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本文采用蒸发诱导自组装的方法制备有序介孔碳(OMC)。通过掺杂金属元素铜、非金属元素硼和碱活化三种方式将材料进行改性,制备铜掺杂有序介孔碳(Cu-OMC)、硼掺杂有序介孔碳(B-OMC)和氢氧化钾改性有序介孔碳(KOH-OMC)。选取典型内分泌干扰物双酚A(BPA)为目标污染物代表水中难降解的有机污染物,利用改性过的有序介孔碳活化过硫酸盐。开展基于催化过硫酸盐的高级氧化法降解水中有机污染物的研究。主要研究内容和结果如下:(1)铜掺杂改性有序介孔碳活化过一硫酸盐降解BPA研究。在催化剂投加量0.1 g/L、PMS浓度0.5 mmol/L的反应条件下,60 min内对20 mg/L的BPA去除率达到71%。Cu-OMC的催化活性远高于文献报道的CuO和CuFe2O4催化剂,并且铜的溶出更少。系统研究了催化剂煅烧温度、PMS浓度、催化剂投加量、初始pH以及阴离子等对BPA降解率的影响。利用自由基猝灭实验和电子顺磁共振(ESR)对反应过程中产生的活性氧自由基进行了分析,结果表明除了硫酸根自由基(SO4·-)和羟基自由基(·OH),单线态氧(1O2)在BPA的降解过程中也起着重要作用,该过程实现了BPA的高效去除。(2)硼掺杂改性有序介孔碳活化过一硫酸盐降解BPA研究。在催化剂投加量0.2 g/L、PMS浓度0.1 mmol/L的反应条件下,60 min内对20 mg/L的BPA去除率达到91%,催化活性远高于OMC。硼元素的引入提升OMC的比表面积和材料导电性,使得其吸附和活化能力都得到提高。实验结果表明,在pH=311的范围内,催化反应均可有效进行,且反应随温度的升高速率加快。自由基淬灭实验和ESR测试表明1O2和超氧自由基(O2)起氧化作用,该过程在实现BPA高效去除的同时避免了金属催化剂的应用。(3)KOH改性有序介孔碳活化过一硫酸盐降解BPA研究。采用KOH活化有序介孔碳,比表面积从645 m2/g增加到1284 m2/g,活化PMS的性能显著增强。在催化剂投加量0.1 g/L,PMS浓度1 mmol/L的条件下,40 min内对初始浓度20 mg/L的双酚A、苯酚、2,4-二氯酚和新诺明的降解率分别达到91%、83%、100%和96%。利用KOH对失活的催化剂进行二次活化后经高温煅烧,其催化活性得到恢复。自由基淬灭实验和ESR分析表明,体系中1O2和O2对有机物的去除起主要作用,该过程在高效降解BPA的同时不仅避免了金属和外加元素的引入,更实现了催化剂的回收利用。
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