论文部分内容阅读
过硫酸盐高级氧化技术在降解水环境中有机污染物方面有良好的应用前景。过渡金属Cu和Co离子或其氧化物可有效活化过硫酸盐降解有机污染物,但存在金属离子残留或浸出对环境造成二次污染,易受pH变化和自然界中广泛存在的无机阴离子影响等问题。为应对上述问题,本文以制备高效且稳定的负载型过渡金属催化剂为目标,将过渡金属Cu和Co分别负载至金属氧化物和类水滑石（LDH）载体上,制备基于CuO的双金属氧化物催化剂和Co-LDH催化剂用于活化过一硫酸盐（PMS）,并且将CuO负载至Co-LDH上合成了新型的CuOx@Co-LDH催化剂,通过CuCo协同催化剂活化过二硫酸盐（PDS）降解水溶液中有机污染物。通过对各体系降解模型化合物苯酚的效果、反应后过渡金属离子浸出浓度以及不同pH以和无机阴离子对体系的影响,研究各体系的苯酚降解效果、催化剂稳定性以及反应机理。经过上述研究得到主要成果如下:（1）基于CuO双金属氧化物催化剂活化PMS的研究。PMS/CuO-ZnO和PMS/CuO-MgO两种体系均能高效去除水溶液中苯酚,并且几乎没有Cu2+浸出。发现非氧化还原活性的无机载体可影响过渡金属氧化物活化过硫酸盐降解有机污染物高级氧化过程,PMS/CuO-MgO体系是以SO4·-为主的自由基反应过程,而PMS/CuO-ZnO体系可实现过硫酸盐到有机污染物的直接电子转移。PMS/CuO-ZnO体系不易受无机阴离子影响,同时氧化剂利用率比PMS/CuO-MgO体系高3.17倍;（2）CoMgAl-LDH催化剂活化PMS的研究。PMS/CoMgAl-LDH体系能够高效且稳定的去除水溶液中苯酚,经六次循环使用后仍能降解水溶液中95%的苯酚,并且此时Co2+的浸出量仅0.05mg/L。SO4·-为PMS/CoMgAl-LDH降解苯酚过程中的主要活性物种。PMS/CoMgAl-LDH体系被应用于生活垃圾渗沥液处理,催化剂量6g/L,氧化剂量60mM,COD初始浓度510mg/L,经过6小时的反应COD降低了75%,同时渗沥液可生化性提高了四倍;（3）CuOx@Co-LDH催化剂活化PDS的研究。CuOx@Co-LDH催化剂不仅能活化PMS,同时也能活化活性较低的PDS来降解苯酚。PDS/CuOx@Co-LDH体系拥有较广的pH适用范围,在溶液初始pH为5-12范围内均能有效降解水溶液中的苯酚,并且在这个pH范围内,反应后Cu2+和Co2+的浸出量均控制在0.01mg/L以内。机理研究表明:PDS/CuOx@Co-LDH体系在不同初始pH条件下产生不同的活性自由基,在pH=5时,溶液中苯酚的降解主要由SO4·-和·OH共同起作用,而在pH=7和10时,溶液中主要的活性物从SO4·-向·OH过渡,并伴随有·O2-的存在。由于·O2-的存在,无机阴离子对体系影响较小。综合上述结论,本研究为采用负载型过渡金属催化剂活化过硫酸盐体系处理水溶液中难降解有机污染物提供了崭新的思路。