铜锰复合氧化物在催化氧化体系下对四环素和砷去除机理研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lhcming
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近年来,随着畜禽养殖业的迅速发展,带来的畜禽废水污染也随之加剧。而怎样有效去除畜禽废水中的四环素类抗生素和重金属也成为当下最为迫切解决的难题。本文以课题组之前研究铜锰复合氧化物(CMBO)吸附去除四环素类抗生素和砷为基础,利用CMBO的催化性能来活化过硫酸钠去除四环素类抗生素,利用CMBO的吸附性能来去除砷。通过对CMBO进行不同方面的表征,分析讨论CMBO对四环素和砷的去除机理和吸附性能。主要研究内容如下:(1)通过对CMBO制备条件的优化,筛选出CMBO的最佳铜锰投加比为Cu:Mn=3:1。利用比表面积(BET)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜-能谱分析(SEM-EDS)、热重(TGA)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对CMBO进行表征分析。发现Cu:Mn=3:1的CMBO是一种含有丰富的大孔及介孔材料,具有较大的比表面积,其比表面积能达到212.2848m2/g。XPS分析得出其具有很好的催化性能,能高效活化过硫酸钠(PS)。(2)通过催化降解实验去除四环素和砷发现。催化降解实验中,四环素的去除途径主要是利用CMBO去活化PS产生具有氧化作用的自由基来达到降解去除的效果。但因为CMBO自身具有一定的吸附作用,所以在催化氧化过程中也会吸附四环素。砷的去除途径主要是通过CMBO的吸附作用去除砷。在催化氧化过程中,CMBO活化PS产生具有氧化作用的自由基,将AS(Ⅲ)氧化成AS(Ⅴ),在CMBO作用下将其吸附。此外,反应体系中同时存在四环素和砷时,两者会相会抑制降低去除效果。在离子干扰实验中,发现溶液中存在PO4-时会抑制砷的去除。(3)通过EPR可以分析得出。在催化氧化反应中,会产生两种强氧化性的自由基,硫酸根自由基和羟基自由基。通过自由基淬灭实验,最终确定催化降解反应过程中,硫酸根自由基在反应过程中起主导作用。使用飞行时间质谱分析可以发现,CMBO降解TC的途径有两种:途经一:TC通过脱水、脱甲基、脱烷基过程将大分子转化为小分子;途径二:反应过程中TC被强氧化性自由基氧化,通过化学键断裂的方式使其从大分子变为小分子。
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