负载型颗粒活性炭催化过硫酸钠氧化降解盐酸四环素的研究

摘要

生态环境中存在的四环素类抗生素对动植物、微生物等均有一定的毒害作用，但水厂常规水处理过程要去除它实为不易。若其存在于饮用水中，会导致人体出现耐药性，从而影响到临床治疗甚至致癌。因此，研究有效去除水中该类抗生素的方法势在必行。
　　本研究以过渡金属活化过硫酸盐的高级氧化技术为基础，结合负载型活性炭，以实验为分析手段，采取浸润法制备负载型活性炭材料，对制备出的负载型活性炭材料使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对实验所制得材料的结构和官能团进行表征。对Fe-GAC、Fe/Ni-GAC、Fe/Co-GAC三种材料活化过硫酸钠(PS)的高级氧化技术对盐酸四环素(TC)的去除效果进行了研究，主要分析三种材料催化性能，探究材料活化过硫酸钠降解TC的反应原理及其一级动力学。结果表明：Fe-GAC、Fe/Ni-GAC和Fe/Co-GAC三种材料的SEM表征结果显示材料表面存在细小的粒状物质，XRD表征显示材料成功负载了金属离子及其化合物，增加了GAC的比表面积、活性位点及活性基团数目，减少了金属元素在水溶液中的析出量，降低了造成二次污染的几率。三种材料活化PS降解TC与材料纯吸附相比大大缩短了反应时间，TC基本完全去除。Fe-GAC、Fe/Ni-GAC和Fe/Co-GAC活化PS降解TC过程符合一级动力学模型，其中Fe/Co-GAC降解时间最短，反应速率常数k值最大，TC的降解率也最大。单因素对系统降解TC影响基本一致。三种系统降解TC的反应速率及其降解率与TC初始浓度负相关，且在同一初始浓度下Fe/Co-GAC保持优势；在一定PS浓度内，TC的降解速率与降解率随PS投加量的增加而加快，TC:PS最佳反应配比是TC:PS=1:10（摩尔比）；温度与反应速率和降解率之间正相关的且温度对Fe/Co-GAC的影响更为显著；温度对三种材料活化PS降解TC的矿化率也有明显的提高作用；三种系统降解TC的最佳pH分别在pH=5、7、5处；不同浓度的Cl-对TC的降解起到一定程度的反作用；自由基验证证明系统中主要发挥作用的是硫酸根自由基(SO4-?)，材料表面存在负载型羟基自由基(HO?)；重复投加PS能够提高TC的降解率也进一步说明反应中发挥作用的是SO4-?。同等条件下对TC的降解也始终保持Fe/Co-GAC＞Fe-GAC＞Fe/Ni-GAC。不同温度下，TC的矿化率随温度的升高而增加，且始终保持Fe/Co-GAC＞Fe-GAC＞Fe/Ni-GAC。

目录

第一章 绪论

1.1 四环素类抗生素的来源及其生态毒性

1.2 四环素类抗生素主要处理方法

1.3 活性炭在水处理中的应用

1.4 高级氧化技术

1.5 活化过硫酸盐产生硫酸根自由基的方法

1.6 研究内容和技术路线

第二章 实验材料、仪器及负载型活性炭材料的制备

2.1 主要试剂

2.1 实验仪器与研究方法

2.3 负载型活性炭材料的制备

2.4 材料的表征

2.5 本章小结

第三章 Fe-GAC催化氧化降解盐酸四环素实验

3.1 Fe-GAC催化性能分析

3.2 Fe-GAC活化过硫酸钠降解盐酸四环素实验原理探究

3.3 Fe-GAC活化过硫酸钠降解盐酸四环素反应动力学

3.4 本章小结

第四章 Fe/Ni-GAC催化氧化降解盐酸四环素实验

4.1 Fe/Ni-GAC催化性能分析

4.2 Fe/Ni-GAC活化过硫酸钠降解盐酸四环素实验原理探究

4.3 Fe/Ni-GAC活化过硫酸钠降解盐酸四环素反应动力学

4.4 本章小结

第五章 Fe/Co-GAC催化氧化降解盐酸四环素实验

5.1 Fe/Co-GAC催化性能分析

5.2 Fe/Co-GAC活化过硫酸钠降解盐酸四环素实验原理探究

5.3 Fe/Co-GAC活化过硫酸钠降解盐酸四环素反应动力学

5.4 材料催化效果简单对比

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果