碳酸氢盐对钴/铜/沸石活化过氧化氢降解罗丹明B及卡马西平影响的研究
近年来，药物和个人护理品已作为一种新兴的痕量污染物被国内外研究者所关注，由于现阶段缺乏相关环境标准的制约，其生产使用以及处理排放等环节并未受到直接监管并持续不断地在环境中富集积累。染料作为水体环境中的重要有机污染物具有色度高、可生化性差等特性。诸如此类的难降解有机污染物深入处理难度较大，对生态环境的影响巨大，也对人类健康造成巨大潜在危害。非均相芬顿技术作为传统的化学氧化技术已有着较为成熟的研究体系，但在应用过程中仍存在pH应用范围较窄、催化剂金属流失率高以及氧化效能较低等问题；碳酸氢根活化过氧化氢技术在研究过程中也展现出药剂投加量大以及氧化性能有待提高的缺点。研究采用溶胶-凝胶法制备Co/Cu/沸石双金属负载非均相催化剂，将芬顿氧化体系与碳酸氢根活化过氧化氢体系有机结合，探究碳酸氢根对非均相芬顿反应的强化促进作用，以卡马西平和罗丹明B分别作为PPCPs与传统有机污染物的代表当作目标污染物进行降解，考察在碳酸氢根强化后芬顿体系的降解效能，并研究催化剂的稳定性及碳酸氢根强化芬顿过程机制。 催化剂制备条件的优化实验结果显示，当钴与铜的摩尔比为1∶2，金属与沸石的质量比为1∶2，600℃煅烧2h后制备的成品催化剂性能最好。表征结果表明催化剂的主要成分为Co3O4、CuO和Cu2O，并已成功负载在沸石载体表面，催化剂材料结晶程度及孔隙结构良好，粒径大小适中。 以卡马西平（CBZ）、罗丹明B（RhB）以及实际制药废水为目标物，考察了不同反应条件对降解效果的影响。结果表明，碳酸氢根强化的非均相芬顿体系可有效降解上述污染物，当反应温度为25℃、体系pH值维持在初始状态、碳酸氢根浓度为31mM、H2O2浓度为20mM、催化剂投加量为0.2g/L时，体系对CBZ的降解去除效能最佳，反应2h去除率可达96.42%。在此基础之上，采用响应曲面法优化RhB降解实验，得到体系降解RhB最优条件：当反应温度为25℃、体系pH值维持在初始状态、碳酸氢根浓度为24mM、H2O2浓度30mM，催化剂用量0.3g/L，反应时间42min，RhB去除率可达94.26%。以单因素控制实验的最优条件对实际制药废水进行降解，反应2h后TOC去除率可达28.35%。因此，碳酸氢根对非均相芬顿体系具有较好的强化作用，可有效降解水中的有机污染物。 最后，对碳酸氢根强化的非均相芬顿体系进行机理研究分析，反应体系中主要的活性物种为单线态氧（1O2）。溶液中的有机污染物、HCO3-和H2O2被吸附至催化剂表面，芬顿体系在HCO3-的作用下加速生成的·OH、O2·-和1O2等活性物种攻击污染物进行降解去除。同时，反应体系中金属氧化物的协同有利于促进≡Co(Ⅱ)/≡Co(Ⅲ)和≡Cu(Ⅰ)/≡Cu(Ⅱ)的氧化还原循环，保证了Co/Cu/沸石非均相催化剂的催化活性。
废水处理;碳酸氢根;非均相芬顿;BAP氧化技术;沸石;有机污染物
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
朱小彪
2022
中文
X703
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）