【摘 要】
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本文制备了铁锰双金属催化剂(FMO),用于活化过硫酸盐(PS)降解生物柴油(FAME),通过对各实验因素的探究,确定FMO/PS体系在处理生物柴油废水和生物柴油污染土壤中的最佳反应条件,分析
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本文制备了铁锰双金属催化剂(FMO),用于活化过硫酸盐(PS)降解生物柴油(FAME),通过对各实验因素的探究,确定FMO/PS体系在处理生物柴油废水和生物柴油污染土壤中的最佳反应条件,分析生物柴油的降解中间产物,推测其降解路径和活化机理。选用了两步水热法(110℃,反应10 h)制备FMO,使用SEM、TEM观察得到FMO具有花型的外观形貌。通过XRD分析发现FMO具有Fe3O4和MnO2的晶体结构。为了研究催化剂的氧化还原性,对其进行了氢气程序升温还原(H2-TPR)和循环伏安法(CV)测试,证明了FMO有良好的氧化还原性并且优于Fe3O4。磁滞回线分析证明了催化剂有良好的磁性,可以用磁铁进行回收再利用。研究FMO/PS体系降解生物柴油废水的性能并得出最佳反应条件,在催化剂投加量为1.2 g/L,过硫酸盐浓度为3 mM,pH=9的条件下,50 mg/L的生物柴油废水在60 min内的去除率可以达到95.2%。通过对比FMO反应前后的XPS分析,确定了催化剂中Fe和Mn存在协同作用,Fe3+/Fe2+和Mn4+/Mn3+之间的电子循环提高了过硫酸盐的活化效率。利用GC-MS测定生物柴油降解过程的中间产物,推测生物柴油的降解路径:若生物柴油中存在碳碳双键(C=C),则C=C先反应生成碳碳单键(C-C),再不断从边缘脱去酯基,降解成为小分子烷烃;若生物柴油中仅存在C-C,那么SO4·-和·OH将直接攻击生物柴油边缘的酯基,不断脱去酯基形成小分子烷烃,最终完全矿化为CO2。考察FMO/PS体系在土壤中降解生物柴油的能力。选取了催化剂投加量,过硫酸盐投加量和土水比作为实验因素进行条件优化实验,得到最佳降解条件为:催化剂投加量为0.01 g/g,过硫酸盐投加量为0.4 mmol/g,土水比为1:5。在此条件下生物柴油的去除率达到81.99%。淬灭实验验证了FMO/PS体系中存在SO4·-和·OH,且起主要作用的是SO4·-。研究生物柴油中5种不同组分的去除率变化,间接支持了上述所推测的降解路径。最后研究了FMO/PS体系在不同类型土壤中降解生物柴油的情况,包括高岭土、赤红壤、红壤、黑土、水稻土,发现均可保持68%以上的去除率,证明此方法降解土壤中的生物柴油有很强的适用性。
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