类普鲁士蓝/衍生催化剂的构筑及其对双酚A降解性能研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ppl_fox
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
水中微量毒害有机污染物的高效去除已成为水环境领域研究的重要课题之一。以过一硫酸盐(PMS)为基础的高级氧化技术(SR-AOPs)已被广泛应用于处理高毒性、难生物降解的有机污染物。通过光、电、超声等外加能量或催化剂的作用,可以提高PMS活化效率。考虑外加能量的高能耗及均相催化的过渡金属离子难以回收、二次污染等问题,开发高活性、环境友好型的非均相催化剂显得尤为必要。然而,在SR-AOPs非均相催化反应中,仍存在一些问题亟待解决:(1)催化剂组成和结构的精确调控,且制备机理不明确;(2)在催化过程中金属催化剂离子的浸出、回用等问题有待提升;(3)催化剂与污染物降解之间的构效关系不明确。针对上述三点挑战,本论文以铁钴普鲁士蓝类似物(Fe Co-PBAs)作为目标开展针对性的研究,包括:从设计催化剂结构和组分出发,构筑核-壳Fe Co-PBAs,提出还原阳离子交换(RCE)机制;利用RCE机制,调控Fe Co-PBAs的结构和组分,重点考察催化剂在SR-AOPs中降解水体中以双酚A(BPA)为代表的污染物;进一步设计Fe Co@NC纳米反应器,提高催化剂的活化PMS降解BPA能力,明确催化剂与污染物降解间的构效关系。主要结果如下:(1)开发异质铁壳-钴核的Fe Co-PBAs纳米笼。采用扫描电子显微(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究Fe Co-PBAs结构随时间的演化,利用电子断层扫描(ET)和三维重构技术确定PBAs的三维结构,采用电感耦合等离子体(ICP)和能量色散X射线光谱(EDX)确定了在水热过程PBAs中Fe和Co元素从同质向异质分布。并提出还原阳离子交换(RCE)制备壳富Fe,核富Co的PBAs-5,该机制通过Fe Mn-PBAs的制备进一步证实。(2)利用RCE机制,以硝酸钴作为变量,构筑凹面立方结构(CCPs)、核-壳结构(CSPs)和多面立方结构类普鲁士蓝(PCPs)催化剂。再以钴氰化钾(III)为配体,Fe(III)和Co(III)为金属中心,水热自组装制备立方堆叠的S-PBAs,热硒化合成具有高比表面积的(Fe-Co)Se2。考察不同催化剂降解BPA的影响。CSPs表现出最佳降解BPA性能、良好的稳定性(Co离子浸出浓度为0.14 mg/L)。电子顺磁共振(EPR)和自由基猝灭实验表明CSPs活化PMS产生的活性氧物种主要为SO4·-和·OH。(3)以CSPs催化剂为核,引入聚多巴胺(PDA)作为包覆剂,构筑核-壳结构PBAs@PDA前驱体,通过高温限域热解形成蛋黄-壳结构Fe Co@NC纳米反应器,其具有高的比表面积(362.8 m~2/g)、大的孔隙率(0.55 cm~3/g)和高的氮含量(5.48%)。催化实验表明0.1 g/L的Fe Co@NC纳米反应器在6 min内可将BPA完全降解。密度泛函理论(DFT)计算证实当掺氮石墨烯处于压缩应变时,电荷密度的重新分布更加明显,有利于催化剂活性位点的暴露。Fe Co@NC在活化PMS过程中产生自由基(·OH和SO4·-)和非自由基(~1O2)共同用于BPA的降解。ICP测试表明PDA衍生碳有效地解决了金属离子浸出(在催化完成后,0.1 g/L的Fe Co@NC催化反应后Co离子浸出浓度为0.058mg/L)。本论文以Fe Co-PBAs为线索,探索制备Fe Co-PBAs的机制;利用RCE机理,探讨催化剂与BPA降解性能的构效关系;引入PDA设计环境友好型、高催化活性的纳米反应器,为精确调控PBAs组分和结构提供新的思路。
其他文献
现代工业生产线上需要一种柔顺安全、形状适应性强、且具有足够抓取力的软体手爪,可对多种规格以及易碎易损伤的物品进行安全可靠的抓取。目前各类软体手爪虽然具有柔顺和适应不规则形状的优点,但普遍存在抓取力不足的问题。大部分软体手爪都是由纯软体材料制作,其本身刚度小的性质决定了抓取力较小,且在工作状态下会产生各种不需要的变形,如径向膨胀、轴向伸展以及不规则形变等,导致其抓取能力降低。为解决这一问题,提出了一
基于天然或合成高分子的水凝胶因为其具有高含水量、生物相容性好、可注射性、生物降解性能等优点,一直是药物传递和组织工程等生物医用领域的一种重要材料。但是由于水凝胶材料的交联强度较低,以及生物医用材料制备条件的要求在一定程度上会限制水凝胶支架的机械强度和药物控制释放能力。因此,本文选取了多种天然多聚糖和聚乙二醇(PEG)作为基体材料,设计和合成了四种水凝胶体系,并在其中引入微球或脂质体作为药物载体提高
当今国际形势严峻复杂,技术革新迭代日新月异,人才的重要性愈发凸显,中国的未来离不开对人才的大力培养和使用。在各行各业人才当中,博士后科研人才显得尤为突出,因为他们集学历职称高、科研能力强、创新思维多等诸多优点于一体,是国家宝贵的杰出人才。基于胜任力理论和“冰山模型”的传统人才评价方法已经无法适应当前我国的博士后科研人才评价工作,而目前我国博士后科研人才评价中又存在诸多问题。因此,本文选择我国博士后
当今社会,随着我国的火力发电厂发展迅速,各发电厂的机组正朝着容量大、参数繁多的方向发展,整个发电系统结构变得越来越复杂,现场的控制要求也越来越高,使得火电厂的发展受到严重约束。而火电厂辅助控制网络系统的出现便很好地缓解了这个问题。本文以配有3×600MW机组的某火力发电厂的化水处理系统为研究背景,探究了其生产工艺与控制流程的要求,设计了一种基于集群式服务器的双网双冗余辅网系统对水网系统进行集中监视
学位
本论文运用周期性密度泛函理论(DFT)和从头算分子动力学(AIMD)方法,对不同种类高能金属M/CuO(111)复合物的几何构型、电子结构及反应活性进行系统性的研究;模拟研究了不同温度下纳米铝热剂Al/CuO界面的反应过程、反应机制和传播速率;探究了Al/CuO纳米铝热剂的绝热反应过程及反应性质,并将模拟过程数据结果与实验反应过程和现象进行了对比;研究了高温和高压条件下爆轰产物(H2O、N2和CO
学位
科学工作流是进行大规模科学计算的高效模型,能够将复杂的科学计算任务拆分成若干个相对简单的子任务进行分布式处理。科学工作流管理系统就是建立在分布式计算平台上使用科学工作流模型进行科学计算的系统。随着科学计算规模是日益扩大,传统的分布式平台已经渐渐不能满足科学工作流系统的需求。云计算技术的出现给科学工作流管理系统提供了全新的平台,由于它具有规模庞大,按需服务,高扩展性等特点,非常适合科学计算的需求,越
高温条件下固-固界面之间的接触传热现象广泛存在于航天器热防护、核反应堆冷却、热处理工艺等领域。由于这些高温条件下的工程应用往往对应于超高的热流密度,接触热阻的变化将会导致较大的界面温差,获取精确的接触热阻参数对装置或系统的可靠性和安全性设计至关重要。以高超声速飞行器为例,气动加热会使得飞行器的外表面温度将超过1000℃,为了保证飞行器的安全,必需设计可靠性能的热防护系统。而热防护系统的性能除了受热
学位