金属有机框架化合物衍生物活化过硫酸盐降解双酚类污染物的研究

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:steven146
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
双酚类污染物(BPs)作为一种典型的内分泌干扰物(EDCs),可能对人体产生生物毒性作用(致癌性、致突变性等)。因双酚类有机物的广泛使用性和高度持久性,近年来已被检测到广泛存在于环境水体和工厂排放的废水中,因此对含BPs废水的处理受到广泛关注。
  高级氧化技术(AOPs)因其在处理难降解有机污染物时表现出的高效性,成为含双酚类污染物废水处理的重要手段。基于过硫酸盐的高级氧化技术(SR-AOPs),通过将过硫酸盐(PS)激活而产生各种自由基,从而实现难降解有机污染物的降解。过渡金属的非均相催化经济高效、操作简单且可减少均相催化剂的二次污染,是PS活化的重要方法。在众多的过渡金属中,铁基材料廉价高效、无毒环保,被认为是最有利于实际推广应用的PS活化剂,如何有效提高铁基催化剂的催化活性和稳定性并尽可能减少铁基催化材料使用中产生的二次污染成为了研究的重点。金属有机框架化合物(MOFs)是一类以金属离子或金属簇为中心,通过配体有机物与金属中心的配位作用形成的周期性多孔晶体材料,因其具有比表面积大,丰富的金属活性位点等优点而在催化领域具有广阔的应用前景。通过调整MOFs自身的组成和结构,或是经过不同的处理手段得到的MOFs衍生物等多种方法能够实现增强材料催化性能和抵抗外部环境影响的能力,使其具有更好的实际应用潜力。
  本论文在综合国内外大量相关研究文献的基础上,针对SR-AOPs应用中所用材料催化性能低和稳定性低等缺点,以MIL-101(Fe)为模板,通过氨基基团的引入或简单一步碳化法制备NH2-MIL-101(Fe)及NH2-MIL-101(Fe)碳化衍生物,用于活化过硫酸盐降解水中双酚类污染物BPF和BPS,并深入研究了BPF和BPS的降解途径和机理。主要内容如下:1.以MIL-101(Fe)和NH2-MIL-101(Fe)为催化剂,活化过硫酸盐降解双酚F。通过XRD、FT-IR、XPS、SEM等手段对合成的MIL-101(Fe)和NH2-MIL-101(Fe)的形貌结构和化学组成进行表征。通过氨基改性前后的MIL-101(Fe)的催化性能对比,结合密度泛函理论计算,证明了氨基改性后的NH2-MIL-101(Fe)具备更强的吸附过硫酸根能力和电子传递能力,从而具有更高的催化能力。此外,不同的反应条件下NH2-MIL-101(Fe)活化PS降解BPF的研究表明,较高的反应温度有利于降解效率的提高;并且NH2-MIL-101(Fe)/PS具备较宽的pH适应能力,可以更好地适应水中共存阴离子(Cl-、NO3-、SO42-等)和有机物(HA)的影响,在不同水基质中该体系也同样具备很好的应用潜力。自由基捕获实验和EPR分析研究表明了·OH、SO4·-、O2·-和1O2共同作用导致BPF分解。通过密度泛函理论计算结合液相色谱与质谱联用技术(HPLC-MS)分析BPF的主要降解反应是羟基化和环裂解。并通过中间产物毒性预测显示了BPF降解产物的环境友好性。
  2.以NH2-MIL-101(Fe)为模板,通过高温碳化,一步合成铁-碳纳米材料Fe-CNs。通过后负载法将MoO2负载在Fe-CNs上,合成了铁/钼-碳材料Fe/Mo-CNs。利用XRD、FT-IR、XPS、SEM、TEM等表征手段探究Fe-CNs和Fe/Mo-CNs的形貌结构和化学组成。结果发现,在Fe-CNs复合催化剂中,有机骨架碳化形成的三维立体碳网络在充分分散铁的同时实现其有效固定,保证了催化位点的活性和稳定性;氨基可实现N的同步掺杂,促进了催化过程中电子的转移,进一步提高了材料的催化性能。而合成的Fe/Mo-CNs在同样具备的三维立体铁-碳网络结构表面又负载了一层MoO2,这不仅增强了反应过程中铁离子的氧化还原循环,促进了Fe3+向Fe2+的转化,而且进一步提高了材料的稳定性。淬灭实验和EPR实验证实,Fe-CNs/PS和Fe/Mo-CNs/PS体系中均为SO4·-、·OH、O2·-和1O2协同降解BPS。Fe/Mo-CNs/PS体系在不同的影响因素(pH、共存阴离子和有机物等)下均显示了比Fe-CNs/PS体系更好的降解性能。循环实验表明与Fe-CNs相比,Fe/Mo-CNs具有更好的循环性能。采用HPLC-MS和密度泛函理论计算提出了BPS的潜在降解途径为羟基化、氧化和环裂解。并通过中间产物毒性预测显示了BPS降解产物的环境友好性。
  
其他文献
学位
多因素诱发的地面沉降是一种重要的自然地质灾害,影响着世界上许多城市地区的发展。不均匀的地面沉降会导致地裂缝等相应灾害的发展,对城市建筑物和基础设施造成损害,给人类的生产生活造成风险。本文以山东省菏泽市为研究对象,在充分搜集地面沉降相关历史、现状资料及实际监测数据的基础上,结合实地勘察,基于地理信息系统,综合采用理论分析、机器学习、数学建模和数值计算等手段,构建了一个通用的地面沉降评估模型。该模型采
学位
随着企业社会责任在成熟企业中全面推进并“开花结果”,企业社会责任引发了社会各界的广泛关注。其中,投资者作为经济利益至上的代表人物也开始关注企业社会责任,但在信息信号纷杂的环境中,投资者能否感知到创业者所表达的企业社会责任,以及投资者对企业社会责任的感知是否影响投资意愿是不得而知的。所以,研究投资者企业社会责任感知在信息信号和投资意愿关系中的作用,具有重要的理论和实践意义。因此,本文从投资者和新创企
学位
近年来,随着全球气候变暖与温室效应的加剧,减少二氧化碳等温室气体的排放成为了全人类的重要课题。而建筑业碳排放贡献量巨大,因此削减建筑业碳排放是遏制温室效应的有效方式之一。为减少建筑业碳排放,应该积极发展绿色建筑施工相关技术。预制装配式施工作为一种新型的施工技术,在提高施工速度,改善施工现场作业环境等方面存在明显优势。但是目前少有研究关注预制装配式施工技术是否在碳减排方面存在优势。因此,本文以装配式
学位
随着我国对于生态环境重视程度的逐步提高,污水处理领域得到迅速发展,同时我国的污水排放标准也在逐年提升。与现有的污水处理技术相比,好氧颗粒污泥技术具备泥水分离快、污染物去除效率高、后处理环节少等优势,但目前我国未能实现此项技术的工程应用。受限于好氧颗粒污泥颗粒化的特殊流场条件,反应器结构通常为大高径比的圆柱形,在工程应用中,该结构类型的反应器制造难度大、制造成本高。因此,开发一种新型结构的反应器,将
学位
近年来,随着吊装设备模块的大型化,起重机在朝着超大型化方向发展。环轨起重机因其结构组成简单、承载能力强、接地比压小、可以集装箱式模块化设计以及起重力矩大等优点被广泛应用于石油化工、核电及海洋工程等领域。起重机上通常使用液压驱动的卷扬式主起升系统。但对于大吨位起重机而言,由于钢丝绳强度、卷扬尺寸、机械元件强度及液压元器件等因素的限制,单卷扬系统已无法提供足够的起重力矩,工程上常采用双卷扬甚至多卷扬单
学位
高能激光系统中为了操控输出光束的方向和控制光束的抖动,通过操控导光载体的外表形状变化或内部特征变化从而改变出射光束方向的技术被称为光束指向控制技术。随着科学技术的发展,对光束指向控制技术的精度要求随之增加。快速高精度光束指向控制系统中的核心器件之一是快速控制反射镜(快反镜)。为实现工作状态下大口径快反镜面形误差的实时检测,本文设计了基于波前测量的大口径快反镜面形测试系统。该系统的口径参数为400m
学位
具有纳米级移动定位精度的装置是超精密加工、现代医学工程、航空航天等高新科技领域的基础型关键器件,其中精密偏摆运动平台因可实现精准扫描、跟踪、指向动作而成为纳米光刻、激光武器、空间通讯等高端复杂设备的核心。基于传统减材加工方式制造的柔顺偏摆运动平台因需结构组装而导致体积庞大、振动、间隙等问题,已无法满足日益严苛的系统紧凑化、集成化需求。增材制造作为一种基于离散-堆积原理的制造技术,具有可空间制造结构
学位
学位
学位