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高级氧化技术(Advanced oxidation processes,AOPs)被广泛用于难生物降解有机物的去除,因其能产生活性自由基如:OH·、O2·-、·OOH、SO4·-等。基于硫酸根自由基的高级氧化技术是一类新型的极具发展前景的氧化去除难降解有机污染物的新技术。在中性和碱性条件下,SO4·-(2.5-3.1V)的氧化还原电位高于OH·(1.8-2.7V),即使在酸性条件,两者也有相近的氧化能力。与OH·相比,SO4·-的反应体系适宜的pH范围更广、半衰期更长、矿化度高,原始氧化剂的消耗速率慢,这有利于氧化剂利用效率的提高。SO4·-可通过金属离子、金属氧化物、非金属催化剂等活化PMS产生。其中,Co(Ⅱ)是活化PMS降解有机物最有效的金属离子,Co(Ⅱ)的均相催化氧化体系操作简便、反应速率快,但存在金属离子不易回收再利用、Co2+排入环境造成二次污染等问题,而非均相钴氧化体系有效解决了均相体系存在的难题。本文主要通过合成新型的磁性复合催化剂Co3[Fe(CN)6]2@rGO(Co-Fe PBAs@rGO),催化单过氧硫酸氢钾(PMS)产生硫酸根自由基,降解典型喹诺酮类抗生素盐酸左氧氟沙星(LVF),来研究催化剂的催化性能。同时考察了影响反应的几个重要参数并确定了最佳反应条件,也测定的催化剂的稳定性,催化剂经使用后溶液中的钴离子和铁离子的溶出量,及无机盐离子Cl-对LVF降解过程的影响。考察了超声波及光辅助对Co-Fe PBAs@rGO/PMS体系的影响及作用。本论文的主要研究内容和结论如下: (1)催化剂的制备及表征 共沉淀法制备的Co3[Fe(CN)6]2和利用改近的Hummers法制备的氧化石墨,采用后石墨烯化法,水热法一步合成了Co-Fe PBAs@rGO纳米复合物催化剂。采用XRD、FT-IR、BET、SEM、TEM、XPS、VSM等表征手段对催化剂的晶型、微观形貌、物理吸附性能、化学结构、磁性强度等方面进行表征分析,表征的结果表明Co-Fe PBAs成功地负载到rGO之上,在样品的制备过程中,伴随有少量的CoFe2O4产生。石墨烯复合材料中GO已大部分被还原,Co-Fe PBAs NPs均匀分散在rGO表面上并且其粒径大于负载前。Co-Fe PBAs@rGO复合材料的饱和磁化强度为15.29emu/g,比表面积和孔体积分别是186.84m2/g和0.38cm3/g,孔径为3.4nm。 (2)Co-Fe PBAs@rGO催化活性及稳定性测试 通过对Co-Fe PBAs@rGO催化活性的研究可知,Co-Fe PBAs@rGO催化PMS降解LVF效果很好,将Co-Fe PBAs、Co-Fe PBAs@rGO和CoFe2O4@rGO三者催化效果进行了对比,大小依次是Co-Fe PBAs@rGO>Co-Fe PBAs>CoFe2O4@rGO。通过对几种重要的影响反应参数研究,并考虑到反应效率及经济实用性等方面的因素,最终确定的最佳反应条件为:原始LVF的浓度为20mg/L,催化剂的浓度为50mg/L,PMS的浓度为1mM,不调节初始pH,反应温度为室温25℃±2℃。此条件下,LVF在30min内的降解效率为达到了79.8%。通过研究无机盐离子Cl-对LVF的降解效率的影响,结果表明,高浓度的Cl-对LVF的降解起到抑制作用。自由基淬灭实验表明,SO4·-在体系中对LVF的降解起到主要作用。催化剂循环使用5次后,催化剂仍然表现出较高的催化活性,说明Co-Fe PBAs@rGO具有可回收性和可重复利用性。 (3)超声波及光辅助对非均相Co-Fe PBAs@rGO/PMS/LVF体系的影响 考虑到超声波、光会对反应体系产生一定的辅助作用,以及石墨烯和PBAs具有光学性质,它们能吸收太阳光谱中大部分的波长光。本文对超声波及光辅助下的Co-FePBAs@rGO/PMS催化氧化体系降解LVF进行了研究。结果表明,超声空化作用能有效增加Co-Fe PBAs@rGO/PMS体系中LVF的降解速率,但对最后的降解率影响很小;光对Co-Fe PBAs/PMS和Co-Fe PBAs@rGO/PMS体系都具有辅助作用,在增加LVF的降解速率的同时,也提高了其降解效率。