【摘 要】
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苯胺作为重要的有机化工产品被广泛应用于化工及医药领域,明显的“三致”效应使其进入水体后对环境及人类产生严重威胁,无法通过常用的生化工艺达到良好的降解效果,需要采取强氧化手段处理。近年来,以臭氧为基础的高级氧化技术在水处理领域得到广泛的应用,已成为高级氧化技术方向的研究热点。臭氧具有很强的氧化能力,在有机物的降解过程中不会产生二次污染问题。臭氧在水中溶解性差,利用率较低,导致目前以臭氧为基础的高级氧
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苯胺作为重要的有机化工产品被广泛应用于化工及医药领域,明显的“三致”效应使其进入水体后对环境及人类产生严重威胁,无法通过常用的生化工艺达到良好的降解效果,需要采取强氧化手段处理。近年来,以臭氧为基础的高级氧化技术在水处理领域得到广泛的应用,已成为高级氧化技术方向的研究热点。臭氧具有很强的氧化能力,在有机物的降解过程中不会产生二次污染问题。臭氧在水中溶解性差,利用率较低,导致目前以臭氧为基础的高级氧化技术处理成本较高;光催化技术也是目前处理水中有机污染物的有效方法,具有环境友好、成本较低等优势,但存在光能利用率低,降解污染物选择性高等问题。为满足低能耗、高效率运行要求,本文将苯胺作为目标污染源,利用制备的CQDs/TiO2复合光催化剂,构建光催化臭氧氧化耦合工艺体系,考察催化剂性能与两种技术之间的协同作用,并对作用机理进行探究。本论文的主要研究内容和结果如下:(1)以活性炭为CQDs前体,制备了CQDs/TiO2复合光催化剂,利用SEM、TEM、XRD、FT-IR、XPS、电化学分析等技术对复合材料进行表征,并探索了CQDs负载量对复合材料光催化性能的影响,结果显示投加10 m LCQDs溶液时苯胺降解效果最佳,反应8 min去除率为95.8%,较单一纳米TiO2提高了56.9%。(2)结合臭氧氧化技术,构建了光催化臭氧化工艺体系,用于苯胺模拟废水的降解。研究考察了苯胺初始浓度、p H值、臭氧进气浓度和催化剂投加量对耦合工艺反应效果对影响。光催化臭氧化工艺体系对苯胺的降解与矿化效果明显优于UV/O3高级氧化体系和臭氧非均相催化光催化体系,结合一级动力学拟合结果分析,UV/O3工艺的反应速率常数为2.97 min-1,O3/催化剂工艺的反应速率常数为2.60min-1,而UV/O3/催化剂光催化臭氧氧化耦合工艺的反应速率常数达到了5.67min-1。当苯胺初始浓度为20 mg/L,p H=7,臭氧进气浓度为60 mg/L,复合催化剂投加量为0.6 g/L,反应时间15 min时,苯胺在光催化臭氧氧化工艺中降解效果最佳,去除率达到99.8%,矿化率达到76.8%。(3)利用GC-MS检测光催化臭氧化工艺降解过程中的中间产物,通过电子自旋共振波谱仪(ESR)分析对比反应时活性自由基强度,采用荧光探针法检测反应中双氧水产量情况,分析了光催化臭氧氧化耦合工艺反应原理。耦合工艺体系所产生的·OH和·O2-等活性自由基均参与了降解反应,苯胺在活性自由基作用下转化为对氨基苯酚和苯氨自由基,进一步反应生成硝基苯或苯二酚,然后脱氢生成苯醌,苯醌氧化成小分子酸,矿化到CO2和H2O,实现了苯胺的高效降解。
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