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随着我国印染行业的快速发展,越来越多的成分复杂且难以降解的新型助剂进入水体造成水体污染,这些印染废水对人们的生存环境和健康构成了严重的威胁。由于治污标准的提高以及环境保护日益增长的要求,印染废水的处理激发了广大科研工作者的兴趣。具有普遍适用性和强氧化能力等优点的光类芬顿技术得到了广泛关注。
本论文在论述印染废水的来源、危害及处理方法的基础上,对反应条件温和、操作简单、治污能力强的芬顿技术进行简单介绍。选取橙Ⅱ溶液为模拟染料废水,通过离子掺杂、异质结构建和复合物策略制备了几种改性铁基复合物,并将其用于橙Ⅱ的降解,同时推测了橙Ⅱ降解可能的机理和路径,具体研究内容如下:
1.采用溶剂热法制备Mn3O4-FeS2/Fe2O3复合物,研究了Mn2+引入对催化剂晶型和形貌的影响。降解实验结果表明:锰铁摩尔比为1:2的样品具有更高的活性。在0.3g/L Mn3O4-FeS2/Fe2O3、5mM H2O2和pH=2.8的条件下,20mg/L的橙Ⅱ溶液的降解效率在18min内达到99.0%。另外,Mn3O4-FeS2/Fe2O3异质结构催化剂展示出了优异的稳定性及降解其它染料的能力。芬顿反应活性通过延缓光生电荷载流子的复合并加速Fe3+/Mn2+和Fe2+/Mn3+之间的循环得到增强。最后,根据LC-MS结果推测了Mn3O4-FeS2/Fe2O3活化H2O2降解橙Ⅱ的路径。
2.通过添加钴元素改变颗粒成核过程以抑制磁黄铁矿Fe1-xS相向黄铁矿FeS2相的转化,采用溶剂热法成功制备FeS2-Fe1-xS异质结构催化剂。橙II降解实验表明:在0.2g/L FeS2-Fe1-xS、2mM H2O2和pH=3.0的条件下,30mg/L的橙Ⅱ溶液的降解效率在15min内达到99.9%。八个循环后,橙Ⅱ的降解效率仍可达到95.2%。结合自由基抑制实验及检测到的中间体产物,提出FeS2-Fe1-xS/H2O2光类芬顿体系降解橙Ⅱ的机理和路径。
3.采用水热合成及煅烧处理制备α-Fe2O3/Cu2O(SO4)复合催化剂并将其应用于光类芬顿体系。降解实验表明:在0.3g/L Cu2O(SO4)-Fe9、3mM H2O2和pH=3.5的条件下,50mg/L的橙Ⅱ溶液的降解效率在15min内达到98.9%。在Cu2O(SO4)-Fe9/H2O2光类芬顿体系中,Cu2O(SO4)-Fe9的降解速率常数分别是Cu2O(SO4)和α-Fe2O3的9.33和4.07倍。基于对活性自由基的抑制、催化剂表面金属元素过渡态变化以及检测到的中间体,提出了Cu2O(SO4)-Fe9/H2O2光类芬顿体系橙Ⅱ降解的机理和路径。
本论文在论述印染废水的来源、危害及处理方法的基础上,对反应条件温和、操作简单、治污能力强的芬顿技术进行简单介绍。选取橙Ⅱ溶液为模拟染料废水,通过离子掺杂、异质结构建和复合物策略制备了几种改性铁基复合物,并将其用于橙Ⅱ的降解,同时推测了橙Ⅱ降解可能的机理和路径,具体研究内容如下:
1.采用溶剂热法制备Mn3O4-FeS2/Fe2O3复合物,研究了Mn2+引入对催化剂晶型和形貌的影响。降解实验结果表明:锰铁摩尔比为1:2的样品具有更高的活性。在0.3g/L Mn3O4-FeS2/Fe2O3、5mM H2O2和pH=2.8的条件下,20mg/L的橙Ⅱ溶液的降解效率在18min内达到99.0%。另外,Mn3O4-FeS2/Fe2O3异质结构催化剂展示出了优异的稳定性及降解其它染料的能力。芬顿反应活性通过延缓光生电荷载流子的复合并加速Fe3+/Mn2+和Fe2+/Mn3+之间的循环得到增强。最后,根据LC-MS结果推测了Mn3O4-FeS2/Fe2O3活化H2O2降解橙Ⅱ的路径。
2.通过添加钴元素改变颗粒成核过程以抑制磁黄铁矿Fe1-xS相向黄铁矿FeS2相的转化,采用溶剂热法成功制备FeS2-Fe1-xS异质结构催化剂。橙II降解实验表明:在0.2g/L FeS2-Fe1-xS、2mM H2O2和pH=3.0的条件下,30mg/L的橙Ⅱ溶液的降解效率在15min内达到99.9%。八个循环后,橙Ⅱ的降解效率仍可达到95.2%。结合自由基抑制实验及检测到的中间体产物,提出FeS2-Fe1-xS/H2O2光类芬顿体系降解橙Ⅱ的机理和路径。
3.采用水热合成及煅烧处理制备α-Fe2O3/Cu2O(SO4)复合催化剂并将其应用于光类芬顿体系。降解实验表明:在0.3g/L Cu2O(SO4)-Fe9、3mM H2O2和pH=3.5的条件下,50mg/L的橙Ⅱ溶液的降解效率在15min内达到98.9%。在Cu2O(SO4)-Fe9/H2O2光类芬顿体系中,Cu2O(SO4)-Fe9的降解速率常数分别是Cu2O(SO4)和α-Fe2O3的9.33和4.07倍。基于对活性自由基的抑制、催化剂表面金属元素过渡态变化以及检测到的中间体,提出了Cu2O(SO4)-Fe9/H2O2光类芬顿体系橙Ⅱ降解的机理和路径。