有序介孔碳的功能化改性及去除新型有机污染物的研究

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新型有机污染物((Emerging Organic Contaminants(EOCs))是一类具有潜在危害的有机污染物,在环境中检出的浓度较低,传统方法不能高效的去除。本文针对这一难题,提出了制备高比表面积孔道规则有序的介孔碳材料(OMC),进而功能化构筑具有催化效应的金属负载型有序介孔碳,以结合新型高级氧化技术(AOPs),构建对典型模板化合物—四溴双酚A的高效降解去除工艺,克服了金属粒子在应用中易氧化失活及易团聚的不足,集合了OMC、金属和AOPs的优势。具体内容如下:1,采用软模板法制备OMC。以苯酚和甲醛为原料,合成酚醛树脂作为碳源,利用表面活性剂F127作为模板,探讨了制备过程的最优工艺条件:苯酚:甲醛=1:2(m/m)比率进行,F127与酚醛树脂按1/1质量比投加,固化过程温度设为100℃,在N2氛围保护下800℃焙烧,得到的OMC结构规则有序,OMC样品孔径为3.8nm,表面积为523 cm2g-1。2,以Fe(NO33·9H2O为金属源,NaBH4为还原剂,经过超声浸渍-高温焙烧-液相还原,使空白OMC载体负载零价铁粒子。所得复合材料Fe/OMC介孔孔道规则有序,基体中含有Fe和Fe2O3两种形态的铁粒子,Fe/OMC-0.2(Fe与OMC投加质量比为0.2)样品孔径为3.7 nm,比表面积457 cm2g-1。3,对比研究OMC和Fe/OMC对TBBPA去除效果。Fe/OMC与H2O2的Fenton体系中,在酸性条件pH=3,H2O2浓度为10 mmol/L,Fe/OMC投加量为0.4g/L时,平衡降解去除率可以达到95%以上;而OMC的去除效果不受酸碱性和氧化剂H2O2浓度的影响,去除率在70%以上,随着投加量增大可以达到90%以上。OMC重复使用3次去除率从71.07%降到51.78%;而Fe/OMC重复使用3次去除率94.21%下降为56.05%。4,引入硅源制备OMC和Co/OMC的工艺条件为:硅源最佳投入为TEOS/酚醛树脂=2/1(m/m),最佳钴源加入量为Co/OMC-0.1(硝酸钴与酚醛树脂质量比为0.1);制备的Co/OMC结构有序规则,钴粒子以Co2O3形式存在。OMC孔径为3.9 nm,比表面积为632 m2·g-1,Co/OMC孔径为3.8 nm,比表面积为576m2·g-1。5,重点对比考察Co/OMC对TBBPA的高级氧化降解。Co/OMC催化过硫酸根的降解率达到95.4%,高于过硫酸根不存在条件下OMC和Co/OMC的去除率63.2%和73.6%。降解的最优化条件为:TBBPA初始浓度为100 mg/L,初始pH值为3,PDS投加量为6mmol/L,Co/OMC投加量为400 mg/L,30℃下,反应120 min,降解去除可达到平衡,TBBPA去除率为95.85%。降解动力学研究降解过程很好的符合一级动力学模型,Co/OMC重复实验三次的降解率高达87.2%,相比于合成的Fe/OMC,表明Co/OMC复合材料具有很好的应用前景。
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