硅酸铁催化臭氧氧化降解几种水中有机污染物的效能研究

摘要

包括化学工业在内的技术领域的迅猛发展,促进了很多人工合成有机物的产生,这类有机物主要有持久性有机物(POPs)、内分泌干扰物(EDCs)、药品和个人护理用品(PPCPs)等,常规的饮用水处理工艺通常对这类有机物去除效果较差。因此,研究者们开发了一些强化的饮用水深度处理技术来提高这类有机物的去除效果,确保饮用水的卫生和安全。
　　非均相催化臭氧氧化技术是高级氧化(AOPs)的一种新形式,它将臭氧的强氧化能力和催化剂的吸附性、氧化性结合起来,作为饮用水的深度处理技术能很好的去除目前饮用水中存在的人工合成有机物。本文将FeOOH良好的催化活性与硅溶胶较好的机械强度、较高的比表面积等优势相结合,采用溶胶凝胶法制备合成了硅酸铁催化剂。
　　通过对制备合成的硅酸铁进行物理化学表征可知,硅酸铁材料中含有较多的纳米级氧化物颗粒,且分散较为均匀。材料表面含有表面羟基和吸附水,表面零电荷点接近中性。硅酸铁属中孔材料,且介孔含量较多,对气体具有较大的吸附能力。
　　选取阿特拉津、硝基苯和诺氟沙星作为去除的目标污染物,分别在静态实验条件(去离子配水)和连续流实验条件下(自来水配水),考察了硅酸铁/O3体系对三种不同目标物的催化活性。研究结果表明,硅酸铁的存在能明显的提高臭氧的分解速率,且在中性条件下的促分解作用最明显。硅酸铁对阿特拉津和硝基苯的吸附效果较差,但是对其具有较好的催化活性,与单独臭氧化相比,静态实验下阿特拉津和硝基苯的去除率可分别提高27％和35%,而在连续流实验条件下去除率可分别提高30%和28%,由于在反应过程中生成了大量的难氧化中间产物,阿特拉津和硝基苯在单独臭氧和催化臭氧条件下的矿化程度均在10%以下;硅酸铁对诺氟沙星的吸附效果较高,并且单独臭氧与催化臭氧条件下目标物的去除率均可达到99%以上,但是硅酸铁的加入可明显的提高有机物的降解速率,目标物的矿化率可提高20%左右。
　　对影响硅酸铁/O3体系去除目标物的因素进行探讨,目标物去除率在一定程度上均随着催化剂和臭氧投量的增加而提高,随着目标物浓度的增加而下降,在不同的水质背景下,催化剂均表现出较高的催化活性。由自由基抑制剂重碳酸盐和叔丁醇对催化活性的影响可得,硅酸铁催化臭氧氧化过程主要遵循羟基自由基机理,其催化臭氧氧化目标物的过程可能为:臭氧首先与催化剂表面羟基作用,产生·OH等活性物种,然后·OH与催化剂表面和水中的目标物反应,从而使目标物得到降解。静态实验和连续流实验条件下催化臭氧氧化过程中铁离子溶出和催化剂在不同的pH条件下铁离子溶出均低于国家饮用水标准。

目录

硅酸铁催化臭氧氧化降解几种水中有机污 染物的效能研究

RESEARCH ON THE PERFORMANCE OF IRON SILICATE IN CATALYTIC OZONATION OF SEVERAL ORGANIC POLLUTANTS IN WATER

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 水源水中常见的微量有机污染物

1.2 水源水中有机污染物去除技术

1.3 非均相催化臭氧氧化技术

1.4 课题来源、研究目的和研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料与仪器

2.2 实验方法

2.3 分析方法

第3章 硅酸铁催化剂制备与表征

3.1 引言

3.2 催化剂的制备原理

3.3 催化剂的制备方法

3.4 催化剂的物理化学表征

3.5 本章小节

第4章 催化去除目标污染物的静态实验研究

4.1 引言

4.2 硅酸铁对水体中臭氧传质能力的影响

4.3 硅酸铁的催化活性研究

4.4 硅酸铁/O3体系降解目标物的影响因素研究

4.5 催化剂的稳定性

4.6 本章小结

第5章 硅酸铁在连续流实验中催化氧化除污染物效能

5.1 引言

5.2 硅酸铁对目标物的催化降解效能

5.3 硅酸铁/O3体系降解目标物的影响因素研究

5.4 催化剂的稳定性

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

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致 谢