硫掺杂石墨烯催化过二硫酸盐降解双酚A及灭菌性能研究

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过二硫酸盐(PDS)高级氧化技术可生成强氧化性活性物质,从而能有效进行多种工业污水的除污灭菌。石墨烯作为稳定、无流失的PDS活化剂,可通过硫原子掺杂实现在石墨烯结构中引入更多活性官能团位点、改善表观缺陷程度和导电结构等目的,从而优化为PDS催化活性更高的硫掺杂石墨烯。为深化硫掺杂石墨烯(SG)催化PDS除污灭菌研究,本文通过溶剂热法制备一系列SG,并将其应用于催化PDS进行除污灭菌,深入考察SG对PDS的活化机理和除污灭菌的作用机制。制备和表征不同硫掺杂形态及含量的SG。通过调控硫前驱体投加量和溶剂热处理时间得到一系列SG。X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱表明SG的成功制备并且硫掺杂的构型及含量随制备条件不同而出现差异;拉曼和电化学阻抗谱表征结果分别显示硫掺杂有利于增加石墨烯材料的缺陷程度和改善其导电性能。深入研究SG催化PDS活化的影响因素、构效关系及反应机理。选用双酚A(BPA)作为目标有机污染物,通过因素实验考察发现以SG2(3 h)作催化剂,在PDS投加量为4 m M,催化剂投加量为2 g·L-1,初始p H为中性,反应150 min,BPA的去除率能达到95.83%,并且在不同环境参数的影响下SG2(3 h)/PDS体系都能保持较好的活性和稳定性。结合石墨烯及SG的催化降解效果和结构特征,C-S-C和C=O位点是主要的催化活性中心。结合自由基猝灭实验、电子顺磁共振(EPR)、电化学测试及气相色谱质谱联用仪等分析结果,本研究将反应机理分为三个步骤:1)PDS被吸附到催化剂表面发生接触并形成表面复合物和发生电子转移。2)表面键配合物中O-O键断裂生成SO4-·、·OH、·O2-和~1O2。3)BPA在自由基和非自由基途径作用下发生降解。验证SG2(3 h)催化PDS协同处理BPA及复合微生物菌群的效能。三维激发-发射矩阵荧光和蛋白质及多糖的测定表明反应过程中复合微生物菌群内胞外聚合物发生降解和破坏。乳酸脱氢酶试剂盒和高通量测序法的结果证明部分微生物细菌发生失活。自由基猝灭实验、EPR及电化学测试证实SG2(3 h)催化PDS处理复合微生物菌群依赖于自由基与非自由基共存机制。研究发现在BPA、复合微生物菌群共存条件下,反应体系对BPA和复合微生物菌群仍保持良好的去除效果。
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