氧化石墨烯基复合材料处理水中环丙沙星的研究

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环丙沙星(CIP)为第三代喹诺酮类抗生素,主要用于治疗各种细菌感染,是目前使用较为广泛的广谱抗生素。CIP的大量生产和使用会在水中造成大量残留,从而影响生态环境安全。CIP具有典型的难生物降解特性,难以被传统的生化法水处理工艺去除。因此,常用高级氧化技术对CIP废水进行预处理或深度处理。本论文采用非均相催化活化单过硫酸盐处理含CIP的废水,取得了良好的处理效果。论文采用改良的Hummers法制备氧化石墨烯(GO)。以GO为载体,采用超声辅助化学共沉淀法制备磁性氧化石墨烯(MGO)和磁性氧化石墨烯-三氧化二铝(MGO-Al2O3)复合材料。系统研究了 MGO和MGO-Al2O3复合材料吸附CIP和活化PMS降解CIP的性能及相关反应机理,探究了复合材料循环利用性能,主要研究结果归纳如下:(1)采用改良的Hummers法成功制备出GO,且GO对CIP有良好的吸附。当GO的投加量为2.0 g/L时,经120 min吸附后,初始浓度为20 mg/L的CIP几乎被完全去除。但是,难以从溶液中将GO分离出来,浪费材料的同时易造成二次污染。(2)将纳米Fe3O4粒子负载到GO后成功制得了 MGO复合材料。MGO复合材料对CIP有较好的吸附性能,吸附反应在480 min后达到平衡。在MGO投加量为1.0 g/L,吸附反应480 min后,CIP的去除率可以达到95.0%。同时MGO对CIP的吸附符合拟二级动力学模型,等温吸附过程符合Langmuir模型,吸附热力学表明该反应是一个自发的吸热反应。研究了 MGO/PMS体系对CIP的降解性能,证明了 Fe3O4与GO对PMS的协同活化作用。对比单独的MGO吸附CIP和MGO/PMS体系降解CIP,在相同的实验条件下,MGO投加量为1.0 g/L,时间为60min时,前者(CIP的去除率为59.5%,后者(CIP的降解率为87.6%。MGO能高效地活化PMS。探究了 MGO投加量、PMS投加量、溶液pH值对CIP去除的高效地活化PMS。探究了 MGO投加量、PMS投加量、溶液pH值对CIP去除的影响,实验结果表明以上因素对CIP的去除均有影响。在pH值为7、MGO投加量为2.0 g/L、PMS投加量为2.0 g/L时,CIP和TOC的去除率最高分别可达96.5%和 63.4%。(3)将纳米Fe3O4、Al2O3粒子成功负载到GO后,成功制得了 MGO-Al2O3复合材料。与GO和MGO相比,MGO-Al2O3具有更大的比表面积和更多的活性位点。实验表明,MGO-Al2O3对(CIP具有较好的吸附性能,吸附反应在480 min后达到平衡。MGO-Al2O3为1.0 g/L时,480min,(CIP的去除率可以达到93.0%。研究表明,MGO-Al2O3对CIP的吸附反应是一个自发的吸热反应,符合拟二级动力学模型,等温吸附过程符合Langmuir模型。研究了 MGO-Al2O3/PMS体系对CIP的降解。对比单独的MGO-Al2O3吸附CIP和MGO-Al2O3/PMS体系降解CIP,在相同的实验条件下,MGO-Al2O3投加量为1.0 g/L,时间为10 min时,前者CIP的去除率为29.3%,后者CIP的降解率为88.1%。MGO-Al2O3能高效地活化PMS。在催化活化PMS降解CIP过程中,MGO-Al2O3投加量、PMS投加量、溶液pH对降解率影响较大。在pH值为7、MGO-Al2O3投加量为2.0 g/L、PMS投加量为2.0 g/L时,反应180 min后CIP和TOC去除率分别可达99.2%和65.5%。与MGO/PMS体系相比,MGO-Al2O3/PMS体系对CIP的去除效果更优。(4)MGO和MGO-Al2O3两种复合材料可以通过稀盐酸和去离子水再生,作为吸附剂和催化剂均具有较好的循环利用性能,且MGO-Al2O3的稳定性略好于MGO。
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