【摘 要】
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近年来,国内外对水质安全的研究越来越重视,实际含有机污染物水体是一种成分异常复杂的废水污染物,将有可能严重威胁着我国城市水环境安全。其中四环素类抗生素在我国医药行业和养殖业中的大量使用,水体中四环素的含量较高,且因其易溶解性、稳定性及难降解性,将通过饮用水和生物链对人体健康造成危害。因此,开发低成本、高效率降解有机物的技术迫在眉睫。本文在制备材料的同时溶解进入一种以过渡金属为金属节点且富含N元素的
【基金项目】
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国家自然科学青年基金项目“基于NTP技术的Z型催化体系构筑及其吸附/催化协同增效去除水中微污染物”(51908213); 江西省饮用水安全重点实验室(20192BCD40013);
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近年来,国内外对水质安全的研究越来越重视,实际含有机污染物水体是一种成分异常复杂的废水污染物,将有可能严重威胁着我国城市水环境安全。其中四环素类抗生素在我国医药行业和养殖业中的大量使用,水体中四环素的含量较高,且因其易溶解性、稳定性及难降解性,将通过饮用水和生物链对人体健康造成危害。因此,开发低成本、高效率降解有机物的技术迫在眉睫。本文在制备材料的同时溶解进入一种以过渡金属为金属节点且富含N元素的MOFs材料(M-ZIFs),通过碳化技术在高压的作用下形成碳材料,随后在N2保护下煅烧的过程中实现碳材料的N元素掺杂,最终生成一种含过渡金属的N掺杂的碳催化材料(M-N-C),通过一系列表征手段来分析催化剂的微观结构和宏观特性,并利用M-N-C活化过硫酸盐降解有机物,研究不同材料对有机物的降解效果,得到以下结果和结论:1.Fe-N-C活化过硫酸盐降解有机物污染物的研究采用简单的水热法与共沉淀法制备了一种Fe、N共掺杂的介孔材料Fe-N-C,表征结果表明Fe、N杂原子成功掺杂在碳材料之中,具有较高的结晶度,呈规则形状的十二面体形状,Fe、N和C三种元素含量分别为21.6%、3.9%和75.5%;材料的催化性能良好,在催化剂投加量为0.4 g/L,四环素初始浓度为40 mg/L,PS浓度为0.04 g/L,p H为7时四环素降解率高达88.8%,C2O42-和CO32-的存在降解效果干扰较大;通过自由基猝灭实验可知,在整个降解体系中起主导作用的活性氧化物质为O2-·自由基,且存在着少量的SO4-·和OH·自由基;同时,Fe-N-C表现出良好的稳定性,经过4次循环后四环素降解率依然有72.8%;对盐酸环丙沙星、亚甲基蓝和磷酸氯喹等有机物仍有较好的降解效果,分别为65%、99%和70%。2.Fe Cu-N-C活化过硫酸盐降解有机污染物的研究在Fe-N-C材料的基础上,通过引入适量的铜离子来获取Fe、Cu双金属掺杂N的介孔催化材料Fe Cu-N-C,表征结果表明材料呈规则排列的多面体结构,具有较高的结晶度,Fe、Cu、N和C四种元素在材料表面均匀分布,且各元素含量分别为0.1%、0.2%、1.6%和98.1%;材料的催化性能较强,在催化剂投加量为0.4 g/L,四环素初始浓度为40 mg/L,PS浓度为0.08g/L,p H为8时四环素的降解率高达90.5%,C2O42-和CO32-对降解效果有更大程度的抑制作用;在催化降解四环素的过程中,整个体系起主导作用的活性氧化物质为O2-·自由基;同时,Fe Cu-N-C经过4次循环后四环素降解率依然有70.5%,表现出良好的稳定性;对盐酸环丙沙星、亚甲基蓝和磷酸氯喹等有机物仍有较好的降解效果,分别为67%、98%和75%。3.FeCuCo-N-C活化过硫酸盐降解有机污染物的研究在制备材料的同时引入适量的多种过渡金属离子,制备了一种Fe、Cu、Co多金属掺杂N的介孔催化材料FeCuCo-N-C,表征结果表明材料呈簇状排列的扁球形结构,Fe、Cu、Co、N和C五种元素含量分别为0.1%、0.3%、0.2%、1.4%和97.8%;降解前后XRD特征峰减少,可能是由于反应是残留物或中间产物占据了活性位点;材料的催化性能极佳,在催化剂投加量为0.4 g/L,四环素初始浓度为40 mg/L,PS浓度为0.08g/L,p H为9时四环素的降解率高达97.1%,C2O42-和CO32-的存在对四环素的降解有更大程度的抑制作用;通过自由基猝灭实验可知,在整个降解体系中起主导作用的活性氧化物质为O2-·自由基,且存在着少量的SO4-·和OH·自由基;同时,FeCuCo-N-C表现出良好的稳定性,经过4次循环后四环素降解率依然有75.3%;对盐酸环丙沙星、亚甲基蓝和磷酸氯喹等有机物仍有较好的降解效果,分别为70%、99%和80%。ZIFs衍生碳骨架材料Fe-N-C、Fe Cu-N-C和FeCuCo-N-C在活化过硫酸盐降解有机污染物的实验中均展现出了良好的催化活性,其中Fe Cu-N-C和FeCuCo-N-C对有机污染物的降解效果要强于Fe-N-C,由此可见多金属掺杂的催化剂可高效地提高催化活性。
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