超声助电气石类芬顿及电气石负载TiO2光催化降解水中双酚A的研究

摘要

双酚A(BPA)广泛存在于聚碳酸酯和环氧树脂等在内的各种材料中，BPA在环境中的普遍检出性及其内分泌干扰效应使得对其降解技术的研究倍受关注。环境矿物材料由于成本低廉、储量丰富、环境友好等优势在高级氧化技术(AOPs)领域展现出极大的前景。
　　本研究着重探讨电气石作为非均相类芬顿催化剂的可行性，研究不同因素对降解的影响并探讨催化降解的机理。另一方面，合成了电气石负载TiO2复合催化剂，评价其对BPA光催化降解活性，初步推断了光催化机理。主要结论如下:
　　(1)超声助电气石类芬顿降解BPA受不同因素影响，高电气石用量、适宜的H2O2浓度、低pH值有助于BPA降解。优化后降解条件为US(40 kHz，500 W)，BPA5.0 mg L-1，电气石量5.0 g L-1，H2O250 mM，pH2.0，反应120 min去除率能达98.4％，5.0 h后TOC矿化率84％，为均相、非均相芬顿、超声协同的结果。延滞一级动力学方程能够很好地拟合BPA降解过程。
　　(2)超声助电气石类芬顿对BPA降解主要来自·OH氧化。结合XPS的分析，电气石表面催化的机制可能包括一系列的链式反应，并存在Fe(Ⅲ)与Fe(Ⅱ)间的电子传递过程。同时采用GC-MS与LC-MS/MS分析了类芬顿反应过程中的8种中间产物，探讨了BPA的降解途径，推测其降解过程包含分子氧化性骨架重排、羟基化、去甲基化以及脱水作用。
　　(3)采用溶胶凝胶法合成了不同负载量的电气石/TiO2负载型光催化剂，SEM、XRD、比表面与孔径分布的表征结果表明:合成材料中TiO2以纳米颗粒或团聚体的形式紧密包覆于电气石表面，且均以锐钛相存在，晶格大小在8-12nm之间。制备催化剂具备介孔与微孔结构，孔径主要分布在2-6 nm范围。电气石的引入总体上降低了催化剂的比表面、孔径孔容。
　　(4)通过对BPA光催化研究表明，T(20％)-TiO2催化剂光催化活性最高，反应2hBPA降解率达100％，比纯TiO2以及相同比率电气石与TiO2混合物降解效率分别提高21.1％，11.8％。
　　(5) BPA在光催化降解过程中，强酸性、中性与弱碱性条件下降解较快;HCO3-稍促进，Cl-略抑制;由于共存Cl-的作用，K+，Na+微抑制;SO42-，NO3-，Ca2+， Mg2+影响不明显;Cu2+与腐植酸对BPA降解效果表现出抑制作用。Fe3+与H2O2对BPA催化降解影响相类似，由于存在与催化剂竞争光吸收以及促进光诱导自由基产生的双重作用，受其浓度影响表现出较复杂的趋势。
　　(6) BPA的光催化去除主要源自·OH氧化而非空穴直接氧化。电气石负载TiO2复合材料光催化降解作用对BPA能达到较好的矿化。电气石促进光催化效应的提升可能与其表面自发静电场所诱导的光生电子与空穴的有效分离有关。

目录

声明

摘要

第一章 前言

第一节 双酚A概述

1．1．1 双酚A性质及应用

1．1．2 双酚A环境分布

1．1．3 双酚A对环境与人体潜在影响

第二节 双酚A降解技术研究

1．2．1 物理方法

1．2．2 生物方法

1．2．3 化学方法

第三节 环境矿物材料性质及环境应用

第四节 论文研究背景与主要内容

第二章 超声助电气石类芬顿对水中双酚A的降解

第一节 引言

第二节 实验材料与方法

2．2．1 实验试剂、材料

2．2．2 实验设置

2．2．3 分析方法

2．2．4 降解动力学分析

第三节 BPA类芬顿催化氧化效果评价

2．3．1 不同体系对BPA降解的影响

2．3．2 电气石与H2O2用量对降解的影响

2．3．3 pH效应

2．3．4 叔丁醇对BPA降解的影响

2．3．5 BPA矿化程度

第四节 超声助电气石类芬顿降解BPA机理探讨

2．4．1 表面催化机理探讨

2．4．2 降解产物鉴定及降解途径推断

第五节 本章小结

第三章 电气石负载TiO2光催化降解水中双酚A

第一节 引言

第二节 电气石负载TiO2光催化剂制备与表征

3．2．1 电气石负载TiO2光催化剂的制备

3．2．2 电气石负载TiO2光催化剂的表征

第三节 电气石负载TiO2光催化降解水中双酚A

3．3．1 实验材料与方法

3．3．2 光催化活性评价

3．3．3 光催化机理探讨

第四节 本章小结

第四章 结论与展望

第一节 研究结论

第二节 研究创新点

第三节 研究展望

参考文献

致谢

个人简历