核壳结构Fe@Fe2O3纳米线活化分子氧降解阿特拉津和甲砜霉素的研究

摘要

近年来，经济发展，农药和抗生素大肆使用，导致环境中的持久性污染物不断富集，最终危害自然生态环境以及人类健康。为了治理已被污染的水体环境，众多环境领域科研工作者们一直致力于研究开发高效且环境友好的水污染治理方法。在过去的20年里，零价铁(ZVI)已被科研工作者广泛应用于污水中各种有机污染物和无机污染物的治理。但零价铁处理策略仍存在一些局限性，例如随着反应进行金属氧化物沉积导致的活性降低、工作pH范围窄(pH＜3)以及处理一些难降解污染物的效果有限。针对以上问题，本论文旨在通过引入铜离子(Cu2+)来增强零价铁活化分子氧降解污染物的能力，并探讨了相关作用的机理以及降解典型含氯有机污染物的反应过程。
　　首先，我们发现Cu2+可以有效促进核壳结构Fe@Fe2O3纳米线活化分子氧降解阿特拉津。ESR和XPS等表征结果证实溶液中Cu2+的加入可以促使Fe@Fe2O3纳米线生成更多的溶解态Fe(Ⅱ)，有助于促进单电子及双电子过程活化分子氧，从而产生·OH等活性氧物种降解阿特拉津，降解过程伴随铁循环的同时也存在着铜物种的循环。基于实验结果，我们提出了阿特拉津在有氧条件下的降解路径，并探讨了阿特拉津开环降解的可能性。
　　其次，我们研究了核壳结构Fe@Fe2O3纳米线降解甲砜霉素(TAP)的过程，并且比较了空气与氩气这两种气氛下甲砜霉素降解路径的不同。实验结果表明Fe@Fe2O3纳米线在两种气氛下均能有效降解甲砜霉素，但是氩气下甲砜霉素的降解速率明显高于空气条件下的降解速率。经过中间产物的检测与分析，我们发现这两种气氛下甲砜霉素的降解机理并不一样:在空气气氛下Fe@Fe2O3纳米线活化分子氧产生羟基自由基，使甲砜霉素发生氧化降解;而在氩气气氛下Fe@Fe2O3纳米线中零价铁核直接将电子传递给甲砜霉素，甲砜霉素发生还原降解。
　　本论文不仅开发了一种增强型Fe@Fe2O3纳米线活化分子氧的新途径，加深了对Fe@Fe2O3/Cu2+体系活化分子氧的认识，也提供了一种同时去除环境中可能存在的重金属铜污染及农药阿特拉津污染的新方法，为环境中阿特拉津的去除提供了新的方法理论依据。在有氧及无氧条件下，Fe@Fe2O3纳米线降解甲砜霉素的过程存在区别，其研究结论为环境中甲砜霉素的去除提供了思路。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 水污染现状

1．2 环境中的阿特拉津

1．2．1 环境中阿特拉津的来源

1．2．2 阿特拉津的环境与健康危害

1．3 抗生素污染

1．3．1 环境中抗生素的来源

1．3．2 抗生素的危害性

1．4 水体中含氯有机污染物的去除方法

1．4．1 生物法

1．4．2 光催化降解法

1．4．3 Fenton氧化技术

1．4．4 零价铁技术

1．5 本论文的选题特色和主要内容

第二章 铜离子促进Fe@Fe2O3纳米线活化分子氧降解阿特拉津的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 材料制备

2．2．4 溶液配制

2．2．5 阿特拉津降解实验

2．2．6 活性氧物种捕获实验

2．2．7 活性氧物种测定

2．2．8 Fe2+及总铁含量的测定

2．3 结果与讨论

2．3．1 阿特拉津的降解

2．3．2 活性氧物种捕获实验

2．3．3 活性氧物种的测定

2．3．4 金属离子的测定

2．3．5 XRD表征

2．3．6 反应过程中Fe@Fe2O3表面变化

2．3．7 阿特拉津降解中间产物测定

2．3．8 CAAT及AAT降解

2．3．9 活化机理及阿特拉津降解路径

2．4 本章小结

第三章 Fe@Fe2O3纳米线降解甲砜霉素的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 材料制备

3．2．4 溶液配制

3．2．5 甲砜霉素降解实验

3．2．6 Fe2+及Fe3+离子的测定

3．2．7 Fe2+络合实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 甲砜霉素的降解

3．3．2 体系pH的变化

3．3．3 pH对降解的影响

3．3．4 体系Fe2+和Fe3+离子含量变化

3．3．5 Fe2+络合实验

3．3．6 Fe@Fe2O3／Air体系捕获实验

3．3．7 不同气氛下Fe@Fe2O3 XRD表征

3．3．8 不同气氛下Fe@Fe2O3降解甲砜霉素的机理

3．4 本章小结

第四章 总结及展望

参考文献

致谢