纳米过氧化镁基类芬顿体系降解有机污染物的研究

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随着纺织、造纸、制药等行业的快速发展,大量含有有机污染物废水的排放对人类健康和生态环境造成了巨大的威胁。因而,研发含有机物废水的处理技术已迫在眉睫。芬顿/类芬顿反应作为一种高级氧化技术,能够产生具有强氧化性的活性氧物种,其具有高效、经济、易于处理等优点,从而被认为是一种有效的降解有机污染物的处理技术。然而,传统的芬顿反应使用液态双氧水(H2O2)作为氧化剂。H2O2稳定性差,易分解,且需要在酸性条件(pH=2-4)下工作,使得芬顿反应的应用受到了极大的限制。本论文制备了固态纳米过氧化镁(MgO2)作为液态H2O2的替代品,用于类芬顿反应体系降解有机污染物;系统研究了纳米MgO2作为类芬顿氧化剂在Fe3+和MgNCN/MgO复合物催化下降解有机污染物的性能,并且探讨了纳米MgO2作为类芬顿氧化剂降解有机污染物的机理。具体研究内容如下:(1)通过纳米氧化镁(MgO)和H2O2直接过氧化反应制备了纳米MgO2,并将其用作类芬顿氧化剂降解有机污染物。通过XRD、FTIR、SEM和HRTEM等分析技术表征了纳米MgO2的结构和形貌。高锰酸钾滴定实验结果显示MgO2的活性氧含量高达26.93 wt%,接近于理论活性氧含量(28.57 wt%),表明MgO2具有较高的纯度。通过改变MgO2的质量、Fe3+的质量、初始溶液pH和有机污染物系统地研究了MgO2-Fe3+类芬顿体系降解有机污染物的性能。结果显示MgO2-Fe3+类芬顿体系能够有效地降解水中有机污染物。10mg纳米MgO2在30 min内可将200mL 20mg/L亚甲基蓝(MB)几乎完全降解,且总有机碳(TOC)的去除率达到70.2%。电子顺磁共振波谱(EPR)测试与自由基淬灭实验结果证实羟基自由基(·OH)是降解有机污染物的主要活性氧物种。(2)以硝酸镁作镁源,氨水作沉淀剂,H2O2作为氧化剂通过一锅沉淀法制备了纳米MgO2。另外,将碱式碳酸镁和硫脲混合后煅烧制备了MgNCN/MgO复合物。采用XRD、FTIR、SEM和TEM等技术表征了纳米MgO2和MgNCN/MgO复合物的结构与形貌。考察了新型的MgO2-MgNCN/MgO类芬顿体系在不同的实验条件下降解有机污染物的性能。结果表明,20mg MgO2和10mg MgNCN/MgO纳米复合物在8h内几乎能将100mL 10mg/L MB溶液完全降解,且在较宽的pH(4-12)和温度(5–35°C)范围内,MgO2-MgNCN/MgO类芬顿体系都能有效地降解MB。电子顺磁共振波谱测试与自由基淬灭实验结果表明,纳米MgO2-MgNCN/MgO类芬顿体系中产生的·OH是降解有机污染物的主要自由基物种。
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