碳基納米復(fù)合材料的制備及其催化降解有機(jī)污染物的研究.pdf

1、在資源緊張，水環(huán)境日益惡化的今天，如何更快、更高效地進(jìn)行污水處理是一個(gè)亟待解決的重大問(wèn)題。因此，近年來(lái)新型多相催化劑的合成及其性能研究成為學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)。本論文以椰殼活性炭、剩余污泥和藍(lán)綠藻類(lèi)為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理后作為載體，通過(guò)水熱法或高溫煅燒法，制備多相催化劑，用于降解有機(jī)污染物，既做到了廢棄物的資源化利用，又實(shí)現(xiàn)了“以廢治廢”的目的。主要結(jié)論如下:
　　(1)利用水熱法制備納米MnOx椰殼活性炭，研究了納米MnOx椰殼

2、活性炭氧化降解有機(jī)污染物的性能。與高溫煅燒法制備的MnOx椰殼活性炭相比，水熱法制備的納米MnOx椰殼活性炭表現(xiàn)出了更高的氧化性能。研究發(fā)現(xiàn)，納米MnOx椰殼活性炭中MnGx主要以Mn4+和Mn3+形式存在，這種多價(jià)態(tài)的錳氧化物提高了納米MnOx椰殼活性炭的氧化降解能力。除了酸性紅73之外，納米MnOx椰殼活性炭對(duì)其它九種陰離子染料也表現(xiàn)出較好的降解效果，其降解效率均大于90％。循環(huán)利用實(shí)驗(yàn)證明，納米MnOx椰殼活性炭具有較高的穩(wěn)定性能

3、，但在酸性條件下，反應(yīng)體系有少量錳的溶出。GC-MS分析結(jié)果表明，大部分中間產(chǎn)物都是生物可降解的小分子有機(jī)酸。
　　(2)鑒于污泥含水量高且難脫水，通過(guò)水熱法實(shí)現(xiàn)濕污泥處理與MnOx催化劑制備同步，獲得MnOx/HCAS催化劑，研究表明MnOx/HCAS在中性條件下能夠活化過(guò)硫酸鹽產(chǎn)生SO4-·，在此基礎(chǔ)上考察了該體系對(duì)多種陰離子染料的氧化降解性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在MnOx/HCAS投加量為1.0g/L，過(guò)硫酸鹽濃度為1.0g/L的中

4、性條件下，MnOx/HCAS-Oxone體系在30min內(nèi)對(duì)50mg/L染料的降解效率達(dá)到98％，COD去除率約為45％。醇淬滅試驗(yàn)證實(shí)了在MnOx/HCAS-Oxone體系中對(duì)染料氧化降解起主導(dǎo)作用的自由基為SO4-·。MnOx/HCAS能夠多次循環(huán)使用，對(duì)反應(yīng)前后MnOx/HCAS表面Mn結(jié)合能的分析發(fā)現(xiàn)催化劑表面Mn4+和Mn3+參與過(guò)硫酸鹽的活化。反應(yīng)前后及反應(yīng)后上清液重金屬的溶出量極小，表明污泥中的重金屬能夠被固定在MnOx/

5、HCAS催化劑中，從而避免對(duì)環(huán)境造成危害?；谖勰嗟亩鄻有?，制備了不同類(lèi)型的污泥負(fù)載MnOx催化劑，它們均對(duì)染料表現(xiàn)出良好的降解效果，效率達(dá)到98％以上，表明MnOx/HCAS催化劑的制備不受污泥種類(lèi)的干擾，也說(shuō)明MnOx/HCAS催化劑更具有實(shí)際意義。
　　(3)基于藍(lán)綠藻水華頻繁爆發(fā)及其打撈效率低的問(wèn)題，通過(guò)簡(jiǎn)單、高效的方法收集并資源化利用藻類(lèi)，通過(guò)低溫聚合、高溫煅燒的方法制備了更高活性的多相類(lèi)芬頓催化劑FeNi-N/Al2O

6、3/C中空微球，考察了該體系對(duì)有機(jī)污染物的催化降解效果、降解過(guò)程和機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eNi-N/Al2O3/C中空微球在偏中性條件下也表現(xiàn)出良好的催化活性。當(dāng)FeNi-N/Al2O3/C中空微球投加量為0.4g/L，H2O2濃度為40mM時(shí)，反應(yīng)30min內(nèi)對(duì)50mg/L染料和30mg/L苯酚的降解效率均達(dá)到了95％，TOC去除率分別達(dá)到了69.9％和76.0％，H2O2利用率分別為65.7％和67.6％。經(jīng)過(guò)十二次循環(huán)利用后，F(xiàn)eNi

7、-N/Al2O3/C中空微球?qū)θ玖虾捅椒拥慕到庑嗜匀槐３衷?5％，反應(yīng)后上清液中Fe、Ni和Al的溶出量極少，而且反應(yīng)前后FeNi-N/Al2O3/C中空微球在外貌和形態(tài)上基本不變，體現(xiàn)了FeNi-N/Al2O3/C中空微球的高穩(wěn)定性能。在催化降解過(guò)程中，F(xiàn)eNi-N/Al2O3/C中空微球中部分Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+，Ni和Al的價(jià)態(tài)不變。在原位拉曼光譜和電子順磁共振波譜等分析的基礎(chǔ)上，揭示了FeNi-N/Al2O3/C中空微球催化