论文部分内容阅读
高级氧化技术(Advanced oxidation processes,AOPs)是利用羟基自由基(·OH)、硫酸根自由基(SO4·-)、超氧自由基(O2·-)等自由基进行降解难生物降解的有机污染物的技术。相比于·OH,SO4·-氧化能力更强、半衰期更长而且适应的pH值范围也更广,一般通过利用金属离子、金属氧化物以及光或热催化Oxone产生SO4·-。Co的高催化活性使得Co(II)/Oxone成为常见的氧化体系之一。然而可溶性Co(II)在反应结束后不易回收,会随着排放的废水流入水体,存在对环境造成二次污染的问题,所以不溶性含钴纳米材料的合成研究越来越常见。本论文中利用废旧电池材料作为钴的原材料制备磁性、不溶性含钴复合纳米催化剂催化剂,既解决其危害环境的问题,又可利用其所含丰富的金属资源,达到变废为宝的目的。同时利用催化剂材料催化Oxone产生硫酸根自由基,降解盐酸左氧氟沙星(LVF),寻找最佳的操作条件;同样还研究了其他钴复合材料的制备以及与Oxone组成氧化体系降解LVF。本论文的主要研究内容和结论如下:(1)CoFeO2@CN纳米材料的制备以及CoFeO2@CN/Oxone氧化体系降解LVF的研究。首先将废旧锂电池经过拆卸、溶解、过滤得到含Co2+的溶液,然后按照Co2+、Fe3+含量配比的要求,补充一定量的Fe3+,经过水热合成CoFeO2催化剂,再高温煅烧将CoFeO2负载到碳化氮上,得到CoFeO2@CN。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、磁滞回线测试测定(VEM)等表征手段对材料的外貌特征,结构特征以及组成元素和磁性进行分析,最后将不同配比的催化剂与Oxone组合新的氧化体系,进行降解LVF的研究。实验结果:13%CoFeO2@CN(13%是CoFeO2重量与加入固体总重量之比)催化Oxone降解LVF效果很好。在100 mL 10mg/L的LVF,催化剂添加量为15 mg,Oxone的浓度为0.5 mmol/L,反应温度为正常室温25℃±5℃,初始pH为7.0的条件下,40 min内LVF的降解率达到了89.4%。将催化剂进行回收循环5次后,对LVF的降解仍然达到70%以上。说明该复合材料具有较好的可回收性以及重复利用性。(2)CoS2@g-C3N4材料的制备以及CoS2@g-C3N4/Oxone氧化体系降解LVF的研究。首先通过煅烧双氰胺得到g-C3N4,然后经过8 h球磨后加入到水热反应中制备得到CoS2@g-C3N4纳米材料。通过SEM、TEM、XPS几种表征手段对制备的材料进行特征分析,最后用CoS2@g-C3N4/Oxone氧化体系对LVF进行降解,经试验结果可知CoS2@g-C3N4/Oxone氧化体系降解LVF的最佳条件为:在氧化降解体系的初始pH值为3.0,20℃±2℃的温度,催化剂添加量为10 mg,氧化剂为0.3 mmol/L时,25 min对LVF的降解率达到99%以上。在反应结束后对材料进行回收、离心干燥进行循环实验,重复三次后,对LVF仍有较好的去除效果,说明该材料具有良好的重复利用性。(3)CoS2@Bi2WO6材料的制备以及CoS2@Bi2WO6/Oxone氧化体系降解LVF的研究。首先通过一步水热合成法得到CoS2@Bi2WO6复合纳米材料。通过SEM、TEM、XPS几种表征手段对制备的材料进行特征分析,最后CoS2@Bi2WO6/Oxone氧化体系对LVF进行降解,经试验结果可知CoS2@Bi2WO6/Oxone氧化体系降解LVF的最佳条件为:在氧化降解体系的初始pH值为3.5,20℃±2℃的温度,催化剂添加量为15 mg,氧化剂为0.1 mmol/L时,15 min对LVF的降解率达到99%以上。通过自由基捕获试验结果可知,该体系是在羟基自由基与硫酸根自由基共同作用下降解LVF。