活性炭负载铜氧化物催化臭氧氧化降解土霉素的研究

摘要

随着抗生素类药物在养殖业的大量使用，养殖废水中的抗生素污染也越来越严重，如果不加以适当处理，势必会对生态环境造成严重威胁。本研究致力于寻找一种简单有效的处理方法来去除养殖废水中的抗生素类物质。
　　臭氧氧化法在水处理中的应用十分广泛，但存在对有机物具有选择性的缺点。催化臭氧氧化技术利用了臭氧氧化的自由基间接氧化原理，在很大程度上提高了臭氧氧化的效果。在活性炭表面负载金属氧化物后，催化剂同时具有金属氧化物的高催化活性和活性炭的吸附特性，其经济性和高效性对于实际废水处理具有很高的应用价值。本实验选用中孔活性炭作为催化剂载体，以抗生素中的典型代表—土霉素（OTC）作为目标污染物，研究活性炭负载金属氧化物催化臭氧氧化法对废水中土霉素的降解效果。
　　采用浸渍法制备 Fe/AC、Mn/AC、Co/AC、Cu/AC、Ni/AC催化剂，对比五种不同金属氧化物负载对催化臭氧氧化OTC废水中 TOC的去除效果，结果表明，Cu/AC催化剂催化活性最高，反应结束，TOC去除率高达72.2％。反应10min后，单独O3氧化、AC+O3组合和Cu/AC+O3三种工艺对于OTC的去除率都接近100%，说明土霉素可以被臭氧迅速氧化分解。
　　对不同焙烧温度和不同金属负载量下制备的活性炭负载催化剂进行了制备优化，结果表明焙烧温度和负载量对催化剂的催化活性影响较大，得到催化剂的最优制备条件：负载量为5wt%，焙烧温度是400℃。
　　对比不同影响因素（OTC的初始浓度、反应温度、催化剂投加量、溶液的pH值）对催化反应的影响，得出最佳反应条件为：催化剂投加量1g/L，臭氧投加量为5mg/min，初始pH为中性至弱碱性，温度20℃。催化剂的4次重复实验结果表明Cu/AC催化剂具有较好的稳定性。
　　采用BET、XPS、XRD等分析方法对各种条件下制备的催化剂的形态结构和活性组分进行了表征分析。表明活性炭催化剂中活性成分以CuO的形式存在，XPS表征进一步证明催化剂表面的铜为Cu2+。通过对中间产物的分析，推测催化臭氧氧化OTC降解的原理主要为O3的亲电取代反应和?OH自由基的链式反应。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 养殖废水中抗生素污染现状及危害

1.3 养殖废水中抗生素处理研究现状

1.4 活性炭催化臭氧氧化法研究现状

1.5 活性炭负载金属氧化物催化臭氧氧化法研究现状

1.6 研究内容

2 实验方案与测试方法

2.1 实验方案

2.2 主要的检测方法

2.3 实验试剂和仪器

2.4 技术路线

3 金属氧化物负载催化剂的制备

3.1 废水评价指标的选择

3.2 催化剂活性金属的选择

3.3 Cu/AC催化剂制备条件优化

3.4 本章小结

4 Cu/AC 催化剂催化性能评价

4.1 反应温度的影响

4.2 OTC初始浓度的影响

4.3 催化剂投加量的影响

4.4 初始pH值的影响

4.5 催化剂的重复利用性能评价

4.6 本章小结

5 催化剂的表征及OTC催化降解机理分析

5.1 催化剂的表征

5.2 催化反应中间产物分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献