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高级氧化技术中Fenton催化氧化法因其无选择催化、氧化效率高、反应条件温和、经济费用低等特点,成为目前水处理领域中的研究热点。然而,对于传统的均相Fenton催化氧化体系在实际应用中,因其pH值应用范围窄(一般在3~5之间)和催化剂活性组分Fe2+易流失并造成二次污染等缺点,大大限制了该技术的应用。 本文针对传统的Fenton反应在实际应用上的缺点,并在传统的Fenton反应的理论基础上,展开光助-类Fenton降解内分泌干扰物(双酚A)的研究。主要内容从以下三个方面展开:(1)制备高效、稳定的Fenton/类Fenton催化剂:负载型Fe离子催化剂(Fe-Y)、铁酸盐类Fenton催化剂(ZnFe2O4和BiFeO3),且对其进行微观形貌及晶体结构等表征;(2)对三种不同催化剂对双酚A溶液的催化降解性能研究,分析催化剂类型、催化剂投加量、目标污染物初始浓度、反应初始pH值、光强度等因素对反应的影响;(3)研究光助-类Fenton催化氧化内分泌干扰物(双酚A)的降解动力学规律。 通过这三方面的研究工作,本论文取得如下主要结果: (1)利用Na-Y分子筛与FeSO4溶液,通过离子交换浸渍方法,可有效地固定铁离子,制备出Fe-Y催化剂,其铁离子负载量为1.177g(Fe)/g(分子筛);催化剂的XRD表征表明Fe在催化剂载体上的存在方式为Fe2O3;利用Fe-Y催化剂对双酚A进行催化降解,研究pH、H2O2投加量、催化剂稳定性等因素对双酚A降解效率的影响,得到该催化体系在pH为2.2~9.3范围内,均能高效催化降解双酚A;用0.015g Fe-Y催化剂处理150mL浓度为0.088mmol/L(20mg/L)的双酚A溶液时,2×10-3mol/L的H2O2初始浓度为最优投加量,反应120min对双酚A的降解率可达92%;从催化剂稳定性实验结果可知道,Fe-Y催化剂在4次重复使用中,同样反应时间内,其对双酚A降解率下降幅度在10%以内,这表明该催化体系具有较好稳定性;对反应进行一级反应动力学模拟,模拟结果符合一级动力学规律。 (2)采用水热法制备的ZnFe2O4催化剂,SEM、EDS和XRD等表征结果表明制备所得的ZnFe2O4纯度较高,在微观上呈现具有微孔结构、木屑状形貌,晶体类型为立方尖晶石型晶体;从催化剂性能实验中,可没有加入H2O2构成类Fenton催化体系时,紫外光照射可激发ZnFe2O4的催化活性,用0.015g ZnFe2O4催化剂处理150mL浓度为0.088mmol/L(20mg/L)的双酚A溶液时,反应60min,双酚A的降解率达可达57.8%;在加入H2O2后,呈现较高的光催化与类Fenton氧化的协同效应,在同样条件下反应60min后,双酚A的降解率高达95.6%;在UV+ ZnFe2O4+H2O2催化体系中,H2O2既是·OH的生成来源,又是·OH的捕获剂,对双酚A降解率的影响有正负两方面的作用,其投加浓度存在一个最优值,在本文0.015g ZnFe2O4降解150mL浓度为0.088mmol/L双酚A溶液的实验设计中,H2O2的最优投加浓度为1×10-3mol/L,反应60min后,双酚A降解率达95.6%; pH对UV+ ZnFe2O4+H2O2催化体系的影响较为复杂,主要分为两个方面:(一)对ZnFe2O4作为半导体光催化剂的影响,表现为碱性条件有利于催化效率的提高,(二)对催化体系中类Fenton催化氧化的影响,表现为在pH=4.1时,双酚A降解率为最高值。 (3)在(UV+ZnFe2O4+H2O2)催化降解双酚A中,通过对浓度-时间曲线的数据处理模拟,研究表明:(UV+ZnFe2O4+H2O2)催化降解双酚A的动力学符合Langmuir-Hinshelwood动力学模型。其动力学方程为: 1/r=22.33/C+121.09;其中ka=5.24L/mol; kr=8.25×10-3 mol/L min (4)采用水热法与溶胶凝胶法两种方法制备BiFeO3类Fenton催化剂,从SEM表征结果可知本论文实验中水热法制备的BiFeO3在微观上呈现花瓣形貌,均匀分散,而溶胶凝胶法制备的BiFeO3微观形貌不易调控,有团聚现象;而在催化性能上溶胶凝胶法制备的BiFeO3具有可磁性分离的优点,从而更有利于催化剂的循环使用。向(UV+BiFeO3+H2O2)催化体系中加入有机配体EDTA,可提高催化体系的反应速率和双酚A的降解率,在本文0.015g BiFeO3降解150mL浓度为0.088mmol/L双酚A溶液的实验设计中,EDTA的最优加入量为0.08mmol/L,反应60min,双酚A降解率为96.2%。