【摘要】：環(huán)丙沙星(CIP)是一種抗菌譜廣的喹諾酮類抗菌藥物,其抗菌性在目前應(yīng)用的幾種喹諾酮類抗生素中具有非常高的生態(tài)毒性,不易被常規(guī)污水處理工藝去除,對生態(tài)系統(tǒng)具有一定的危害。高級(jí)氧化技術(shù)因其反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)速率快成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)Fenton試劑產(chǎn)生羥基自由基·OH的高級(jí)氧化技術(shù)在其使用過程中,氧化劑H2O2用量高,利用率低,常溫下易分解,運(yùn)輸成本高,且經(jīng)濟(jì)性較差。近年來,硫酸根自由基SO4·-高級(jí)氧化技術(shù)成為研究的熱點(diǎn),通過激活過硫酸鹽產(chǎn)生新型高級(jí)氧化還原電位的硫酸根自由基SO4·-可以去除有機(jī)物污染物。其中過硫酸鈉穩(wěn)定性高,而且價(jià)格較低,應(yīng)用最為廣泛。但是,由于過硫酸鈉比較穩(wěn)定,常溫下與有機(jī)物反應(yīng)速率較低,實(shí)際應(yīng)用中需要活化。目前集中于采用多種激活方式(熱、波、過渡金屬等)對目標(biāo)污染物的降解效果及影響因素進(jìn)行研究,但這些方式都存在耗能較大或催化劑再生性差等缺點(diǎn),而以鐵氧化物代替Fe2+等過渡金屬元素,不僅有效降解有機(jī)物,而且便于回收循環(huán)利用。因此,本論文制備納米Fe3O4,核殼催化劑Fe@Fe2O3、磁性硅藻土和鈰-四氧化三鐵復(fù)合納米材料,分別通過XRD、SEM表征分析,并探討這些催化劑活化過硫酸鹽氧化降解環(huán)丙沙星的性能。取得的主要研究結(jié)果如下:(1)利用改進(jìn)的反相共沉淀法合成Fe304催化劑,利用電鏡顯微鏡、X-射線衍射等對其進(jìn)行表征。以Fe304為催化劑,活化過硫酸鈉降解環(huán)丙沙星,考察了催化劑用量、氧化劑濃度、pH值對環(huán)丙沙星降解效能和反應(yīng)速率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在催化劑投加量2.0g·L-1、過硫酸鈉濃度為1g·L-1、pH為7的條件下,40min時(shí)CIP降解率為93.73%,TOC去除率達(dá)78%,一級(jí)反應(yīng)常數(shù)為0.06907min-1。同時(shí)通過探針性化合物乙醇、叔丁醇和對苯醌,表明了 Fe3O4/過硫酸鈉反應(yīng)體系中的活性自由基為以SO4·-為主,·OH和HO2·為輔,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,討論了 Fe3O4/過硫酸鈉體系的催化降解機(jī)理。(2)制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的納米零價(jià)鐵Fe@Fe2O3,用其活化過硫酸鈉對環(huán)丙沙星進(jìn)行降解,并研究了體系pH值、催化劑用量、氧化劑濃度的因素對其降解性能的影響。結(jié)果表明在催化劑投加量2.0g·L-1、過硫酸鈉濃度為1g·L-1、pH為7、室溫25℃的條件下,鹽酸環(huán)丙沙星降解率為86.99%,一級(jí)反應(yīng)常數(shù)為0.08249 min-1。同時(shí)通過用探針化合物乙醇、叔丁醇和對苯醌,證實(shí)該反應(yīng)體系中存在的活性自由基以SO4·-為主,·OH和HO2·為輔�？梢娭苽涞腇e@Fe2O3活化過硫酸鈉可以成為一種較為有效的降解環(huán)丙沙星的技術(shù)。(3)本研究選擇提純后的硅藻土充當(dāng)催化劑基礎(chǔ)載體,采用共沉淀法將納米Fe3O4顆粒負(fù)載在硅藻殼體表面制備得到一種新型的磁性改性硅藻土(Fe3O4-DTM)。通過SEM、EDX、XRD和紅外光譜的表征分析樣品。結(jié)果表明,Fe3O4-DTM活化過硫酸鈉是表面活化反應(yīng),CIP降解符合準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)。在硅藻土表面鐵的負(fù)載含量為20mmol Fe/g,初始CIP濃度50 mg· L-1、催化劑投量2.0g· L-1,CIP在40min后的去除率達(dá)到92.36%。同時(shí)通過探針性化合物乙醇、叔丁醇、對苯醌,表明了 Fe3O4-DTM/過硫酸鈉體系中的活性自由基為以SO4·-為主,·OH和HO2·為輔。(4)將稀土鈰與四氧化三鐵進(jìn)行復(fù)合,通過化學(xué)共沉淀制備鈰-四氧化三鐵復(fù)合材料,對復(fù)合材料進(jìn)行SEM和XRD的表征分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:鈰的摻雜可以顯著提高CIP的催化降解效率,Ce與Fe304最佳比例是1:20;在催化劑投加量1.g·L-1、過硫酸鈉濃度為1.0g·L-1、pH為7的條件下,40min時(shí)環(huán)丙沙星降解率為94.10%,TOC去除率達(dá)75%,一級(jí)反應(yīng)常數(shù)為0.06439 min-1。同時(shí)通過用探針性化合物乙醇、叔丁醇、對苯醌,表明了 Fe3O4-Ce/過硫酸鈉體系中的活性自由基為以SO4·-為主,·OH和HO2·為輔。最后,對催化劑穩(wěn)定性進(jìn)行研究,結(jié)果顯示Fe3O4-Ce是較為穩(wěn)定,可以有效活化過硫酸鹽降解CIP。
【圖文】：

逡逑圖２－２為實(shí)驗(yàn)制備的納米四氧化三鐵的ＸＲＤ圖譜。觀察圖中的衍射峰分別在１８．３。、逡逑３０．２°、３５．５°、４３．２°、５３．６°、５７．１°和邋６２．７°處，分別對應(yīng)的晶面（１１１）、（２２０）、（３１１）、（４００）、逡逑（４２２）、（５１１）、（４４０）和（５３１），和標(biāo)準(zhǔn)四氧化三鐵卡片（ＪＣＰＤＳ邋Ｆｉｌｅ邋Ｎｏ．８８－０３１５）相吻合［１６］。逡逑圖中沒有出現(xiàn)其它氧化鐵的特征峰，說明制備的納米四氧化三鐵純度較高。逡逑２．４．３邋Ｆｅ３０４／ＰＳ體系降解鹽酸環(huán)丙沙星廢水的效果逡逑鹽酸環(huán)丙沙星廢水在不同條件下隨時(shí)間變化關(guān)系如圖２－３所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，，單獨(dú)逡逑Ｆｅ３0４和單獨(dú)ＰＳ對環(huán)丙沙星幾乎沒有降解作用。只有Ｆｅ３０４和ＰＳ同時(shí)存在的條件下，４０ｍｉｎ逡逑后環(huán)丙沙星幾乎都被降解，說明了邋Ｆｅ３０４和ＰＳ存在協(xié)同催化的效果。反應(yīng)４０ｍｉｎ后，用鄰逡逑菲羅啉分光光度法檢測到體系中Ｆｅ２＋總?cè)艹隽繛椋埃叮叮恚纾�，將相同溶出量的Ｆｅ２＋在Ｆｅ２＋／ＰＳ逡逑體系中環(huán)丙沙星降解率為１１．６５％

邐葛珉鐵氧化物催化劑制備及其活化過硫酸鹽降解環(huán)丙沙星研究沙星廢水的降解率為９３．７３％；當(dāng)ｐＨ為９時(shí)，鹽酸環(huán)丙沙星廢水的降解率為６４．５８％；ｐＨ為１１時(shí)，鹽酸環(huán)丙沙星廢水的降解率為３６．６８％，這說明在中性條件下，Ｆｅ３０４／ＰＳ對環(huán)丙沙星的去除率最高。在ｐＨ較高時(shí)，Ｓ０４＿—容易和０Ｈ—發(fā)生反應(yīng)，會(huì)消耗水中的Ｓ并生成ＡＨ，ＡＨ的氧化能力比ＳＯ，弱，因此堿性條件下Ｆｅ３０４／ＰＳ的氧化降解能力弱得更明顯［１７—２１］。逡逑１．０邋Ｔｔ－邐邋－３．０－１邐逡逑
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2593752