【摘 要】
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以双酚A(bisphenol-A,BPA)为代表的环境内分泌干扰物在环境中被广泛检出,给人类带来了潜在健康风险,亟需探寻有效的去除方法。基于过硫酸盐的高级氧化技术具有反应速度快、处理效果好、矿化程度高等优势,是处理上述难生物降解类废水的有效方法。生物炭可活化过硫酸盐降解水中BPA,但其存在催化效能低,污染物去除效率有限的问题。针对此,本课题尝试从生物炭表面氧官能定向调控着手,实现富酮基生物炭的合成
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以双酚A(bisphenol-A,BPA)为代表的环境内分泌干扰物在环境中被广泛检出,给人类带来了潜在健康风险,亟需探寻有效的去除方法。基于过硫酸盐的高级氧化技术具有反应速度快、处理效果好、矿化程度高等优势,是处理上述难生物降解类废水的有效方法。生物炭可活化过硫酸盐降解水中BPA,但其存在催化效能低,污染物去除效率有限的问题。针对此,本课题尝试从生物炭表面氧官能定向调控着手,实现富酮基生物炭的合成,进而构建高效过硫酸盐氧化系统用于BPA的高效去除。在此基础上,通过生物炭材料体相氮含量和类型的调控,制备边缘石墨氮掺杂生物炭催化剂,实现过硫酸盐有效活化降解BPA。进一步,探明了光催化复合过硫酸盐活化系统中过硫酸盐所起到的功能作用,为反应机制提供新的认识。主要结论如下:(1)通过氯盐掺杂,实现了生物炭表面氧官能团的定向调控。通过优化氯盐种类及碳化温度,成功制备得到了具有高酮基含量(7.4%)的催化剂(海藻糖-KCl-Zn Cl2-800)。在0.1 g/L催化剂浓度以及2 m M过一硫酸盐(peroxymonosulafte,PMS)浓度下,可在160 min内实现BPA(50 mg/L)的完全去除。并且,该催化剂在p H 3-11范围内均具有良好的催化活性。原位红外、自由基捕获及淬灭试验等验证发现PMS分解产生的活性氧物种为~1O2。此外,通过对含氧官能团的定向去除证明了酮基在过硫酸盐活化中的作用,海藻糖-KCl-Zn Cl2-800材料中酮基对PMS的活化贡献占85.6%。(2)以壳聚糖和碳酸钾为前驱体,制备得到了富含边缘石墨氮缺陷的含氮生物炭——壳聚糖-K2CO3-750。XPS分析表明,碳酸钾的添加使得催化剂表面产生了大量的边缘石墨氮缺陷。在0.05 g/L催化剂,2 m M PMS条件下,壳聚糖-K2CO3-750/PMS体系能有效降解BPA(98.5%)。催化剂具有较为良好的回收再利用性,在三次回收再利用后仍能降解84%的BPA。原位红外、自由基捕获及淬灭试验等证明该催化剂主要通过电子转移机制活化过硫酸盐降解BPA,具有较强的电子转移能力的边缘石墨氮为其活性位点。(3)利用秸秆炭作为Zn2Sn O4的载体,制备得到了Zn2Sn O4@SHC材料。PMS可从Zn2Sn O4的表面抽提电子以产生氧空位,进而提升半导体催化剂的光催化空穴-电子分离效率。批次降解试验表明,在可见光下反应3 h后,60%的双酚A(5 mg/L)被矿化。催化剂具有良好的循环稳定性,在3次循环后,仍能降解约98%的BPA。密度泛函理论计算表明,PMS能捕获Zn2Sn O4中的氧原子,并诱导表面氧空位缺陷结构的形成,三个氧原子配位的锌被确定为产生氧空位的主要位点,PMS在体系中起到了激活催化剂的作用。
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