【摘要】：目前,內(nèi)分泌干擾物作為一類新興的污染物,對各類水體產(chǎn)生了巨大的威脅,雙酚A(BPA)屬于內(nèi)分泌干擾物中的一種,由于其濃度比較低,利用傳統(tǒng)常規(guī)的水處理工藝難以除去,因此可以利用高級氧化技術(shù)(AOP)降解。過一硫酸鹽(PMS)物態(tài)為固態(tài),無污染且方便投加。PMS活化后可以產(chǎn)生大量硫酸自由基(SO_4~(?-)),利用其強氧化性降解水中污染物。利用尖晶石活化PMS產(chǎn)生SO_4~(?-)降解水中污染物的手段具有很大優(yōu)勢,本課題選擇制備鈷酸鎂(MgCo_2O_4)尖晶石,該催化劑是電池領(lǐng)域中的新材料,其理論電容大,制備過程簡單,原材料常見,成本低廉,性能穩(wěn)定。采用共沉法,水熱法分別制備MgCo_2O_4尖晶石催化劑。通過對溶出金屬離子,經(jīng)濟性和節(jié)能環(huán)保等方面進行比較,選擇水熱法制備MgCo_2O_4尖晶石催化劑,將最佳煅燒時間確定為2h。采用掃描電鏡(SEM),透射電鏡(TEM),X射線粉末衍射(XRD),比表面積測定(BET)等手段對制備的MgCo_2O_4尖晶石催化劑的表面形態(tài),結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進行表征。發(fā)現(xiàn)該催化劑為均勻顆粒狀團簇結(jié)構(gòu),粒徑為20~70nm,晶型符合PDF81-0670卡片,比表面積約為23.9497±0.2302m2/g,表面零電荷點在酸性pH區(qū),為6.575mV。本課題實驗體系為100mL,利用20mg/L的MgCo_2O_4尖晶石催化劑催化100μM的PMS在10min內(nèi)能有效降解99.6%的初始濃度為5μM的BPA。體系中BPA的降解速率會隨著催化劑濃度的增高,PMS濃度的提高,反應(yīng)溫度的升高而加快。pH明顯影響B(tài)PA的降解速率,當pH=6,MgCo_2O_4尖晶石催化劑催化PMS降解BPA的反應(yīng)速率最快,當pH5~9之間,MgCo_2O_4尖晶石催化劑都表現(xiàn)很好的活性。pH7時,BPA的降解效率略低于pH≤7時。Cl~-對MgCo_2O_4尖晶石的催化活性影響很微小,而且隨著Cl~-濃度增大,對反應(yīng)抑制作用提高。HCO_3~-對MgCo_2O_4尖晶石的催化活性有顯著影響。通過加入甲醇(MeOH),叔丁醇(TBA)分析MgCo_2O_4尖晶石催化劑催化PMS降解BPA的體系中氧化劑的產(chǎn)生路徑,以及結(jié)合電子自旋共振(EPR)對自由基進行捕捉,發(fā)現(xiàn)該實驗體系中主要產(chǎn)生的是SO_4~(?-),通過利用X射線光電子能譜(XPS)對MgCo_2O_4尖晶石催化劑進行分析,發(fā)現(xiàn)可能是由于在MgCo_2O_4尖晶石催化劑表面生成Mg(OH)_2活化PMS,也可能是MgCo_2O_4尖晶石催化劑表面的Co元素的價態(tài)變化活化了PMS。通過對MgCo_2O_4尖晶石催化劑的催化PMS體系的TOC進行測試,在反應(yīng)10min后,BPA的礦化率達到48.75%。利用高效液相色譜(UPLC),液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC-MS)的分析測試方法對BPA的降解產(chǎn)物進行分析檢測,共檢測出6種物質(zhì)。在不同pH條件下,反應(yīng)后Co~(2+)的溶出量大約為15.719μg/L,Mg~(2+)的溶出量大約為292.75μg/L,催化前后對MgCo_2O_4尖晶石催化劑進行XRD測試發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)無太大差異。重復(fù)使用該催化劑5次后,仍可以保持較高活性。利用松花江濾后水作為實際水體背景下,采用MgCo_2O_4/PMS體系能夠降解62.4%的BPA。采用MgCo_2O_4/PMS體系比傳統(tǒng)的金屬離子催化PMS具有更廣的適用性,MgCo_2O_4尖晶石催化劑的投量少,適用pH范圍廣,降解BPA的效果好,操作簡單。除了避免水中金屬離子過量的弊端,也增強了催化PMS降解污染物的能力。MgCo_2O_4尖晶石催化劑未來在水處理中具有很強應(yīng)用前景,并且為降解BPA提供了一種新的可能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703
【圖文】：

第 1 章 緒 論素[1]在環(huán)境中被大量檢測出，環(huán)境激素的性質(zhì)物效應(yīng)，不但會危害生物體的自身性質(zhì)，并且�？梢詫�(dǎo)致生物體的免疫力下降以及生殖能力內(nèi)分泌干擾物[2]。害費品大范圍使用，雙酚類化合物開始出現(xiàn)。生這兩種物質(zhì)是雙酚類化合物的成品。環(huán)境內(nèi)分物中某一種物質(zhì)，并且在環(huán)境中被廣泛關(guān)注。存在毒性，許多國家提出禁止使用 BPA[3, 4]。

第 1 章 緒 論位范圍大概在 2.52~3.09V。此外，絕大部分的有機物都能與 SO4 -發(fā)生氧化的化學(xué)反應(yīng)，并且 SO4 -與有機物的氧化反應(yīng)速率很快。HO 的氧化還原電位圍約為 1.8~2.7V。SO4 -的氧化還原電位與 HO 的氧化還原電位相接近，運用產(chǎn)中也具有強氧化性，在 pH 大于等于 7 時，SO4 -與 HO 相比表現(xiàn)出更高的。并且 PMS 的存在形式為固態(tài)，存在的形態(tài)相對穩(wěn)定，運輸以及儲存比較，在水中極易溶解，這些優(yōu)勢使得過硫酸鹽在實際工程中可以廣泛應(yīng)用[13, 14]現(xiàn)今，常用的過硫酸鹽主要包括過一硫酸鹽（PMS）以及過二硫酸鹽（PDS）MS 和 PDS 活化后會產(chǎn)生 SO4 -。由圖 1-2 可知，PMS 和 PDS 的結(jié)構(gòu)。

針對目前利用尖晶石催化 PMS 研究深度不足，尖晶石催化 PMS 的反應(yīng)過程以及機理不詳，催化劑 pH 適用范圍窄，反應(yīng)后存在部分金屬離子浸出，容易出現(xiàn)二次污染的弊端。通過查閱大量文獻發(fā)現(xiàn)，制備鈷酸鎂尖晶石催化劑的工藝簡單，原材料容易獲取，成本低。因此本課題將鈷酸鎂尖晶石嘗試應(yīng)用于水處理中并對其進行深入的研究。本課題的研究內(nèi)容主要包括以下：（1） 首先利用不同的制備方法對鈷酸鎂尖晶石催化劑進行制備，通過研究制備的鈷酸鎂尖晶石催化劑催化 PMS 去除 BPA 的效果后確定制備方法，并對運用該制備方法對制備的鈷酸鎂尖晶石催化劑進行各項表征。（2） 考察不同催化劑投量，不同 PMS 的用量，不同反應(yīng)溫度，不同反應(yīng) pH，不同水中陰離子對鈷酸鎂尖晶石催化劑催化 PMS 去除 BPA 的實驗影響。（3） 考察制備的鈷酸鎂尖晶石催化PMS去除BPA的氧化劑產(chǎn)生機理以及產(chǎn)物的降解路徑。（4） 考察制備的鈷酸鎂尖晶石的穩(wěn)定性與重復(fù)利用性以及在實際水體中的去除 BPA 的效果。（5） 本課題總的技術(shù)路線圖如下圖 1-2 所示：

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本文編號：2802874