聚多巴胺修饰的铁基MOFs及其衍生物活化过硫酸盐降解水中磺胺甲恶唑的研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ztbai
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
抗生素引发的水污染问题日益受到重视。其中磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)作为广泛使用的磺胺类抗生素之一,在水环境中被频繁检出,威胁着生态环境和人类健康。基于过硫酸盐(PS)的高级氧化技术已被证明是一种去除有机污染物的有效技术,其中非均相催化的PS高级氧化技术被认为是极具应用前景的方向。在众多非均相催化剂中,铁基金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)因其具有金属活性位点、结构多样、易功能化修饰等特点,成为了非均相催化领域的研究热点。但现有铁基MOFs的催化活性有待提升、结构不稳定,在高级氧化中的应用有一定的局限性。本研究对铁基MOFs进行功能化修饰,并在此基础上进行高温热解,对其结构和性能进一步优化和调控,旨在开发新型、高效稳定的非均相催化剂,用于PS高级氧化实现水中SMX的高效去除,并深入分析其催化性能和机理。通过简单的原位聚合方法制备了一种新型的聚多巴胺(PDA)修饰的金属有机骨架(NH2-MIL-101(Fe))复合催化剂MIL/PDA,并用于活化PS去除SMX的研究中。通过多种表征手段对其理化性质和催化性能进行分析。结果表明与单独的NH2-MIL-101(Fe)相比,PDA修饰的催化剂MIL/PDA具有更优异的催化性能,并且对SMX、环丙沙星、盐酸四环素、罗丹明B和橙黄G污染物具有普适性。在催化剂用量为0.2 g·L-1、PS浓度为3.95 m M的条件下,20 mg·L-1的SMX在120 min内的去除效果达到91.5%,在3.0-9.0的p H范围内都具有良好的催化活性。催化剂显示出良好的稳定性和可重复使用性能。结合淬灭实验、EPR以及电化学等手段对MIL/PDA活化PS降解SMX的机制进行探究,结果表明PDA的修饰增强了电子转移,加快了Fe(III)/Fe(II)的氧化还原循环,从而促进了活性物种的产生,SO4-·、·OH、O2-·和~1O2共同促进了SMX的高效降解,同时通过LC-MS的结果推断出SMX降解的5条路径。在此研究基础上,将MIL/PDA在不同温度下热解,制备Fe/N掺杂的多孔碳材料Fe@NC用于活化PS降解SMX。结果表明Fe@NC保持了NH2-MIL-101(Fe)的八面体形状,含有丰富的缺陷结构和铁/氮活性位点,比表面积和孔体积显著增大,具有微孔和介孔共存的多级孔结构。表现出优异的吸附性能和催化性能,当催化剂用量为0.2 g·L-1、SMX浓度为20 mg·L-1时,Fe@NC-650可在60 min内吸附去除39.7%的SMX,之后加入0.4 g·L-1的PS,SMX的去除效率达到92.1%,并且该催化剂在较宽的p H范围内仍然保持较高活性,具有良好的适用性。同时催化剂亦具有优异的稳定性,由于N掺杂碳层的保护,催化反应后体系中的铁离子溶出量仅为0.12 mg·L-1,且反应后催化剂的形貌特征和晶体结构仍然保持不变。最后通过淬灭实验、EPR以及XPS表征分析Fe@NC-650活化PS降解SMX的机制,结果表明,铁和氮充当了催化活性位点,在自由基和非自由基的共同作用下,实现SMX的有效降解。
其他文献
随着工农业、医药业的高速发展,对环境中超低浓度污染物检测水平的提高,大量的新污染物(Emerging contaminants,ECs)已在不同浓度水平的地表水、河流和地下水等水生环境中检测到,而ECs持续的输入和低剂量的接触将对陆地和水生生态系统造成严重影响。基于硫酸根自由基的新型高级氧化工艺具有较高的标准氧化电位可对绝大部分污染物进行高效降解,因此其在水污染处理以及土壤修复等众多领域迎来了蓬勃
学位
磺胺类抗生素(Sulfonamides,SAs)作为一类典型的新兴污染物,近年来由于其广泛使用造成了严重的环境水体污染。高级氧化技术(Advanced oxidation process,AOPs)可以有效去除SAs。然而无论是传统的均相催化还是近几年蓬勃发展的非均相催化,高级氧化过程产生的自由基对水体中污染物的攻击都是无选择性的,这往往导致水体中难降解的有机微污染物无法被有效去除。为了提升SAs
学位
当前民航运输业快速发展,飞机在污染跑道条件下起降运行情况增多,轮胎滑水发生几率随之增加,国内外对飞机滑水事故的预防研究极为重视。统计数据表明,飞机在积水污染道面起降时的事故风险约为干燥条件下的4倍,近十年内与飞机滑水相关的事故总量超过382起。污染跑道积水可导致高速滚动轮胎与道面表面失去接触,削弱飞机刹车效用及方向控制力,造成飞机冲偏出跑道等严重后果。以往该领域研究主要关注轮胎滑水仿真与判定条件计
学位
尿素废水是一类典型含高氨废水,传统物化处理方法,如热力水解法、电化学氧化法,吸附法等,往往需要消耗大量的能源和容易造成二次污染。相对而言,利用传统生物脱氮法(硝化-反硝化)处理尿素废水具有绿色环保的优势,但其运行过程需要投加大量的碱度和碳源药剂,增大运行成本的同时还伴随着剩余污泥处置问题。厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX),相比硝化-反硝化工艺可节省60%的曝气能耗和100%的碳源,被认为是是近年来
学位
受飞机动力学特性和气候环境影响,寒区机场跑道长期运行中存在与非寒区跑道不同类型及程度的工程病害。为掌握寒区机场跑道工程病害的致灾原因,本文基于中国民航大学机场工程研究中心建立的跑道长期结构性能数据库(LTRPP)开展数据挖掘分析,进而进行了理论推导、有限元模拟和室内缩尺模型试验,提出了考虑升力作用的飞机着陆振动预测方程,总结了冻结过程中寒区机场跑道道基动力响应变化规律。首先,从LTRPP中选取了国
学位
民航运输业以其效率高、品质高、安全性高的优势独占部分交通运输市场。但是随着国家综合立体交通网的建设与完善,高铁对民航产生的竞争压力越来越大。在提升民航运输整体运输效率上,陆侧交通是重中之重。为此本文从交通与土地利用、城市与区域角度对机场地区路网布局、互动与协调性分析、路网结构优化方面做出研究与分析。具体内容如下:(1)在对大量典型枢纽机场实例进行解构分析的基础上,从“港产城”一体化角度总结分析枢纽
学位
四环素(TC)是家禽和畜牧业大量使用的抗生素之一。由于机体的吸收代谢能力有限,大部分的TC经由动物排泄物通过肥料化使用进入农田环境,导致TC在农田土壤积累。同时,砷(As)是农田土壤中最常见的类金属污染物之一,与TC共存可形成复合污染,并在TC介导下,As在农田土壤中的行为将发生改变。As与铁矿物具有很强的亲和力,As在矿物-水界面的滞留和氧化还原过程直接影响As的环境风险。TC对铁矿物具有显著的
学位
随着工业的快速发展,水体和大气等环境污染问题越来越严重,其中砷污染对人类和其它生物的健康危害极大,而且修复难度大,已成为当前环境治理的主要热点问题。环境中As存在形式主要包括As(Ⅲ)和As(Ⅴ),As(Ⅴ)相较于As(Ⅲ)毒性更低,且As(Ⅴ)其带负电更多等原因更容易被矿物吸附。因此,先将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),再通过吸附固定去除As(Ⅴ)被认为是处理高砷污染废水的有效手段。由此可见,具有氧
学位
我国农田普遍存在重金属污染,同时畜禽养殖废物的肥料化使用也给农田带来抗生素残留问题,使农田土壤中存在重金属与抗生素复合污染。在污染土壤中生长的植物可以通过调节根际微生物群落结构来应对污染胁迫,但重金属-抗生素复合污染使污染物的环境行为及生态效应发生改变,植物根际应对复合污染的微生态策略尚不清楚。水稻具有发达的根系,在其全生长周期中分蘖期的根系生长最旺盛。在这个时期,水稻通过根系大量吸收营养物质,复
学位
针对飞行区常出现的病害检测,国内外主要采用落锤式弯沉仪加载测试技术,但该技术只能通过道面测试结果推断道面内部结构的信息,无法从根本上研究道面内部的力学响应并且只能利用航班停止间隙定期进行现场测试,难以实现对机场道面的实时监测。随着传感器技术在土木工程监测领域中的运用,大大增强了人们对于结构安全方面的监测能力,但在目前机场跑道运维安全的实时监测中,由于起步较晚而且目前大多集中于校准道面结构设计方案的
学位