ZIF-8或ZIF-67衍生催化剂活化过硫酸盐去除水体难降解有机污染物研究

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抗生素大量使用引起的环境污染日益严重。高级氧化工艺(AOPs)是去除难降解污染物的常用策略,设计能够高效活化过硫酸盐以氧化有机污染物的非均相催化剂是AOPs中必要的。本文以沸石咪唑酯框架材料(ZIFs)为前驱体,掺杂金属离子,经溶剂热、煅烧处理,制得一系列ZIFs衍生复合催化剂。表征了复合催化剂的结构、组成,考察了其活化过硫酸盐去除水体难降解抗生素的效能和机理。研究内容主要有以下部分:(1)溶剂热法合成Ni2+掺杂ZIF-8,Ar氛围900°C煅烧制得氮掺杂碳@Ni催化剂。研究了其活化过二硫酸盐(PDS)降解四环素(TC)的性能和机理。结果证实,形成的Ni Nx物种能吸附PDS,传递电子进而活化PDS产生·O2-、~1O2物种以氧化TC。此外,Ni Nx调控的电子转移、体系溶解氧生成的·O2-也参与了TC降解反应。所得催化剂具有优良的稳定性和抗环境干扰能力。(2)煅烧Mn2+掺杂ZIF-67可简便制备碳包覆Co Mn2O4/Mn3O4(C-Co Mn O)复合催化剂,研究了其活化过一硫酸盐(PMS)降解环丙沙星(CIP)的性能和机理。实验表明,0.1 g/L的C-2Co Mn O可以有效活化PMS降解CIP,60 min后体系总有机碳(TOC)去除率为81.33%。探讨了Co/Mn摩尔比、煅烧温度、PMS浓度、溶液p H及共存离子对CIP降解的影响。结果证实,C-Co Mn O催化剂具有良好循环使用性能、宽p H稳定性。·O2-、SO4·-和?OH自由基,~1O2和表面络合物均参与了CIP降解过程。元素分析和理论计算证明Co/Mn协作更容易吸附和活化PMS,掺杂的碳通过电子转移活化PMS。(3)以ZIF-67为前驱体,杂化Mn2+,经硫化-煅烧制得碳掺杂Co3S4/Co SO4/Mn O(C-CSOM)复合催化剂,探究了其活化PMS降解水体左氧氟沙星(LVF)的性能和机理。实验表明,45min后体系TOC去除率为83.62%。·O2-和~1O2是主要的活性氧基团,高价态物种通过电子转移也能降解LVF。给出了LVF可能的降解路径。所得催化剂具有优良的稳定性和抗环境干扰能力。
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