【摘 要】
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随着抗生素在我国畜禽养殖行业的普遍使用,使得水环境中残存抗生素含量日益增加,其对人类健康和生态系统构成巨大的威胁。抗生素废水是近年来新兴的一类污染物,其具有成分复杂、难降解等特性。因此,需要寻求一种高效、低成本去除抗生素的处理技术。高级氧化技术中Fenton氧化技术因其操作方便、效率高以及环境友好等优势广泛应用于抗生素的去除。为了改善传统Fenton氧化技术存在的不足,类Fenton氧化技术相继被
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随着抗生素在我国畜禽养殖行业的普遍使用,使得水环境中残存抗生素含量日益增加,其对人类健康和生态系统构成巨大的威胁。抗生素废水是近年来新兴的一类污染物,其具有成分复杂、难降解等特性。因此,需要寻求一种高效、低成本去除抗生素的处理技术。高级氧化技术中Fenton氧化技术因其操作方便、效率高以及环境友好等优势广泛应用于抗生素的去除。为了改善传统Fenton氧化技术存在的不足,类Fenton氧化技术相继被开发出来,其能避免传统Fenton氧化技术存在的pH适应范围窄、H2O2利用率不高及产生大量铁泥等缺点。本论文选用磺胺甲恶唑(SMX)作为目标污染物,开发了一种新型高效的催化剂,用于水体中磺胺甲恶唑的去除。本论文采用生物合成的方法将施氏矿物负载在生物炭上。电镜扫描(SEM)和X射线衍射分析(XRD)分析结果表明:施氏矿物成功均匀负载在生物炭表面上,避免了施氏矿物在晶体成长过程中出现的团聚现象。比表面积测定表明,Sch@BC的比表面积可达79.5m2·g-1。与此同时,XPS表征结果证明,复合催化剂中生物炭和施氏矿物间是通过C-O-Fe键结合的。通过吸附实验,探究了生物炭、施氏矿物和复合材料(Sch@BC)三种材料对磺胺甲恶唑的吸附性能。吸附动力学和等温吸附结果显示:生物炭对抗生素的吸附能力最强,其对SMX的吸附容量可达2.22 mg/g;施氏矿物的吸附能力最弱,仅为0.09mg/g。生物炭负载施氏矿物对磺胺甲恶唑的吸附容量可达0.71 mg/g,其吸附性能明显强于施氏矿物。通过生物炭添加量优化实验得出:当生物炭与施氏矿物的比值约为2:1时,复合催化剂降解SMX的效果最优。生物炭负载施氏矿物作类Fenton催化剂降解磺胺甲恶唑性能明显优于单一的施氏矿物或者生物炭。采用单因素分析方法探究了初始pH、初始H2O2浓度以及催化剂添加量对磺胺甲恶唑降解的影响。同时,探究了水质因素(Cl-、NO3-、SO42-、COD以及H2PO4-)对磺胺甲恶唑降解的影响。实验结果显示,在其最优条件下(初始pH为3.0、H2O2浓度为2.0mM、Sch@BC添加量为1.0mg/L),SMX可在60min内降解完全。其TOC去除率可达46%。同时,研究发现水体中存在的Cl-、NO3-、SO42-等离子对SMX去除影响不大。然而,水体中的COD以及H2PO4-对SMX的降解产生一定的抑制效果。复合催化剂降解SMX的机理探究表明:复合催化剂(Sch@BC)催化降解SMX以表面羟基自由基降解SMX为主导反应。同时,生物炭可促进催化剂Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)循环。Sch@BC重复使用性能与稳定性能探究结果显示:Sch@BC在连续使用四次后对SMX的降解率仍可保持96%以上,表明Sch@BC具有优良的重复使用性能。同时,XRD表征结果表明Sch@BC的矿相在反应前后未发生显著变化。通过液质分析方法(LC-MS),确定了 6种降解中间产物,推断提出三条可能的降解路径。
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