高级氧化技术在修复多环芳烃污染土壤中的研究

摘要

高级氧化技术因其降解污染物的高效性、彻底性被广泛应用在降解土壤污染物中。本文采用的二氧化氯催化氧化法是高级氧化技术中的一种。本文以二氧化氯作氧化剂，以不同工艺制备的三种含铜的氧化物作催化剂，对多环芳烃污染物的代表物蒽进行降解研究。本文主要包括以下研究内容:
　　1)碳酸钠沉淀法制备CuO-蒙脱土复合材料。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)和X射线能量色散谱仪(EDS)对CuO-蒙脱土复合材料的结构和性质进行表征。将碳酸钠沉淀法制备CuO-蒙脱土的复合材料作为催化剂，催化二氧化氯降解土壤中的蒽。
　　2)制备了Fe3O4-CuO@蒙脱土，采用磁分离，对其回收，避免二次污染。采用XRD、TEM、FTIR及EDS对催化剂进行表征。Fe3O4-CuO@蒙脱土作为二氧化氯催化氧化反应的催化剂。利用磁铁将催化剂进行回收，循环利用8次后催化降解效果稳定。
　　3)以水热法合成的Fe3O4作为磁载体，合成了具有核壳结构的Fe3O4@CuO复合材料作为二氧化氯催化氧化反应的催化剂。采用XRD、TEM对Fe3O4@CuO复合材料进行表征。结果表明制得的催化剂中含有CuO和Fe3O4。CuO均匀地包覆在中空结构纳米Fe3O4颗粒表面，形成核壳结构。利用磁铁将催化剂进行回收，循环利用8次后催化降解效果稳定。
　　使用以上合成的三种复合材料作催化剂，研究其催化二氧化氯降解土壤中蒽的效果时，通过实验探索了氧化反应的水土比，氧化剂的浓度，催化剂用量，反应初始pH，温度等条件对蒽降解效果的影响，确定了最佳降解操作工艺条件。1）以CuO-蒙脱土复合材料做催化剂降解最佳条件，在室温蒽污染物浓度为89.8mg/kg，土壤pH为中性，水土比为3时，反应时间30 min，当ClO2用量为1.0 mol/kg，催化剂的用量为1g/kg条件下，降解率可达到90％。2）以Fe3O4-CuO@蒙脱土作为催化剂，在室温蒽污染物浓度为89.8 mg/kg，土壤pH为中性，水土比为3时，反应时间30min，当ClO2用量为1.0 mol/kg，催化剂（Fe3O4-CuO@蒙脱土）的用量为0.5 g/kg条件下，降解率可达到95％。3)Fe3O4@CuO复合材料作催化剂降解最佳条件，在室温蒽污染物浓度为89.8 mg/kg，土壤pH为中性，水土比为3时，反应时间30 min，当ClO2用量为0.7 mol/kg，催化剂的用量为0.3 g/kg条件下，降解率可达到96％。此外，采用气相色谱-质谱技术对二氧化氯催化氧化蒽的降解产物进行了鉴定，并对其反应动力学进行研究。对于二氧化氯三种催化剂催化二氧化氯氧化葸的反应符合一级反应动力学。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 多环芳烃

1．1．1 多环芳烃的污染现状

1．1．2 多环芳烃的危害及来源

1．2 国内外研究现状

1．2．1 物理修复技术

1．2．2 生物修复技术

1．2．3 植物修复技术

1．2．4 化学修复技术

1．3 催化剂载体蒙脱土

1．3．1 蒙脱土作为催化剂载体的可行性

1．3．2 蒙脱土负载型催化剂的研究进展

1．4 课题研究意义及内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究内容

第2章 CuO-蒙脱土催化ClO2降解土壤中蒽的研究

2．1 实验仪器和药品

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验药品

2．2 实验方法

2．2．1 催化剂的制备

2．2．2 污染土样的制备

2．2．3 氧化降解实验

2．3 CuO-蒙脱土的结构与表征

2．3．1 X射线衍射

2．3．2 IR分析

2．3．3 透射电镜分析

2．3．4 X射线能量色散谱仪(EDS)分析

2．4 蒽氧化实验结果与讨论

2．4．1 水土比对降解效果的影响

2．4．2 ClO2的浓度对降解效果的影响

2．4．3 催化剂的用量对降解效果的影响

2．4．4 pH对降解效果的影晌

2．4．5 反应时间降解效果的影响

2．4．6 温度降解效果的影晌

2．5 动力学研究

2．6 本章小结

第3章 Fe3O4-CuO@蒙脱土催化ClO2降解蒽

3．1 Fe3O4-CuO@蒙脱土催化剂的制备

3．2 催化剂的表征

3．2．1 X射线衍射

3．2．2 IR分析

3．2．3 透射电镜的分析

3．2．4 X射线能量色散谱仪(EDS)分析

3．3 氧化实验结果与讨论

3．3．1 ClO2的浓度对降解效果的影响

3．3．2 不同催化剂的用量对降解效果的影响

3．3．3 不同pH对降解效果的影响

3．3．4 不同反应时间对降解效果的影响

3．3．5 不同温度对降解效果的影响

3．3．6 催化剂Fe3O4-CuO@蒙脱土再生及循环使用

3．4 动力学研究

3．5 本章小结

第4章 核壳结构Fe3O4@CuO催化ClO2降解蒽

4．1 四氧化三铁空心微球的制备

4．2 核壳结构Fe3O4@CuO的制备

4．3 Fe3O4@CuO的表征

4．3．1 X射线衍射

4．3．2 空心Fe3O4球和核壳结构CuO-Fe3O4的透射电镜表征

4．4 核壳结构Fe3O4@CuO催化氧化实验结果与讨论

4．3．1 二氧化氯的用量对降解效果的影响

4．3．2 壳核结构Fe3O4@CuO催化剂的用量对降解效果的影响

4．3．3 初始pH值降解效果的影响

4．3．4 不同反应时间对降解效果的影响

4．3．5 不同反应温度对降解效果的影响

4．3．6 催化剂壳核结构的Fe3O4@CuO催化剂的再生及循环利用

4．4 壳核结构Fe3O4@CuO动力学研究

4．5 本章小结

第5章 二氧化氯催化氧化的反应机理研究

5．1 二氧化氯的强氧化性

5．2 二氧化氯催化氧化的反应机理

5．3 羟基自由基的捕获

5．4 降解产物的分析

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢