论文部分内容阅读
PFOA是一种广泛分布于自然界、具有生物富集性和多种生理毒性的持久性有机污染物(POPs),具有特殊稳定性,常规的生物、化学法不能将其有效去除和矿化。因此需要寻找一种高效、快速、彻底降解PFOA的方法。采用水上介质阻挡放电等离子体(DBDow)技术协同Fe3O4@SiO2@ BiOB(FSB)催化技术降解PFOA,以充分利用DBDow体系中的紫外-可见光、H2O2以及酸性条件,研究了该体系的协同处理效果,并进行了TOC降解动力学分析。对制备的催化剂进行表征,研究了峰-峰值电压、溶液初始pH值和FSB催化剂投加量等对PFOA脱氟率的影响,并对比了不同体系中的H2O2浓度；进行了活性物质捕获剂实验,并测定了PFOA降解的中间产物,推出了可能的降解路径。主要研究结果如下：(1)采用改良沉淀法制备了FSB催化剂,并对催化剂进行了表征。结果表明,Fe3O4的粒径约在200～300 nm之间,包覆了BiOBr后,FSB的粒径在2～3μm之间,其外形为花状微球结构,该花状微球是由许多纳米片组成,BiOBr的实际负载量约为30 wt%；包覆了BiOBr后,FSB的光吸收强度有明显增强；BiOBr的HRTEM图显示其晶格条纹清晰,晶体结晶度好,具有高光催化活性,条纹间距为0.35 nm和0.28 nm的晶格分别属于BiOBr的(101)和(110)晶面；BiOBr的禁带宽度为2.73 eV,在紫外与可见光区域都有明显光吸收。(2)加入催化剂后,在不同体系的对比实验中,对PFOA的脱氟率效果为DBDOw+FSB>DBDow+BiOBr≈DBDow+Fe304>DBDow+P25。在DBDpw体系中加入FSB后,PFOA降解率从73.5%提高至92.9%,脱氟率从21%提高到32.8%,反应60 min后对脱氟效果的能量利用率从46.39mg·kW-1·h-1提高到72.47 mg·kW-1·h-1;TOC的去除率从28.9%提升到62.5%,TOG的去除符合伪一级动力学模型,且一级反应速率常数k是DBDow体系的2.8倍,降解半衰期由原来的119.9 min缩短至42.6 min。(3)FSB的稳定性考察实验中,循环使用4次后其对PFOA的脱氟率仍在28%以上,循环伏安曲线表明,FSB在扫描10次后循环伏安曲线基本重合,说明FSB催化剂在酸性条件下稳定性好。其催化机理为：①光催化作用,放电过程中释放出的紫外-可见光被BiOBr接收,生成e-和h+,直接或间接降解PFOA;②类芬顿作用,Fe3O4的引入可促进H2O2分解成·OH,提高脱氟率。(4)研究了DBDow协同FSB体系对PFOA降解的作用机制。协同体系中,FSB的加入极大地提高了产H2O2浓度。叔丁醇和柠檬酸对PFOA的脱氟有抑制作用,且叔丁醇浓度越高,其抑制作用越明显,PFOA的降解主要为氧化作用,·OH在整个体系中起主要作用,h+为辅助作用。DBDow协同FSB体系去除PFOA的降解机制主要降解机制为：①h+夺取PFOA的电子,生成C7F15COO·,该自由基极不稳定,生成C7F15·,C7F15·与O2直接反应或经·OH连续氧化生成C6F13COOH;②·OH直接进攻PFOA使羧酸键—COOH断裂,生成全氟烷基自由基C7F15·,C7F15·与O：直接反应或经·OH连续氧化生成C6F13COOH；③.OH取代PFOA分子中的两个F生成C6F13C(OH)2COOH,经分子内脱水产生C6F13COCOOH,最后经·OH氧化生成C6F13COOH。