β-环糊精修饰的铁氧化物活化过硫酸盐降解持久性有机污染物的研究

摘要

持久性有机污染物的水溶性低、亲脂性高、而且不容易被降解，广泛分布在大气、土壤、水体中、甚至在人体中也能检测到，这就使得持久性污染物能在人体和生物体内长期聚集并对他们造成一定的威胁。因此发现更加新兴更加有效的处理手段是我们一直致力研究的目标。目前对于持久性有机污染物的处理方法主要包括物理法（吸附法、絮凝沉淀法和膜分离法）、生物法（厌氧处理法、好氧处理法和厌氧-好氧联用法）和高级氧化技术等。而过硫酸盐原位氧化法是一种以硫酸根自由基(SO4·-)为强氧化性物种，可有效地处理持久性有机污染的新兴高级氧化技术，该技术具有适用范围广、氧化能力强、选择性高等优点，所以在难降解有机污染物方面具有十分重要的意义。但对于一些水溶性极差的有机污染物降解需要的时间长，效果不明显，甚至不能实现完全的降解，所以可以采用一些可磁性分离的催化剂并对催化剂进行表面修饰以改变污染物的溶解度或者利用修饰剂的特性来达到增强降解污染物的效果。
　　本论文主要以持久性有机污染物（双酚A、4-氯苯酚）的去除为目标，以β-环糊精修饰的铁氧化物为非均相催化剂，实现对有机污染物的高效处理。论文的主要内容归纳如下:
　　1.实验采用Fe3O4@β-CD复合纳米材料作为过硫酸盐(PS)的非均相活化剂用于研究双酚A(BPA)的降解。本章详细探究了pH、PS浓度、催化剂用量等运行参数对催化降解过程的影响。结果显示当PS浓度为5mM，催化剂用量为1.0g/L，溶液pH为3.0时，120min后对0.1mM BPA的去除率达到了100％。而且，实验比较了Fe3O4@β-CD和Fe3O4催化活性的差异，结果表明Fe3O4@β-CD展现了比Fe3O4更加优异的催化性能。通过自由基淬灭实验以及ESR光谱测试确定了Fe3O4@β-CD/PS催化降解BPA体系中涉及的主要反应性自由基(SO4·-和·OH)。此外，催化剂展现了良好的可重复性和稳定性。基于氯离子对实验结果的影响，发现了β-CD在减小来自氯离子的干扰方面起着至关重要的作用，从而导致了在Fe3O4@β-CD/PS体系中对BPA的高去除率。根据GC-MS确定了降解过程中的中间产物，提出了BPA可能的降解路径。
　　2.利用水热法结合共沉淀法合成出了CuFe2O4@β-CD纳米复合材料，并且运用XRD、TEM、FT-IR、TGA等对其结构组成进行了详细地表征。CuFe2O4@β-CD被首次用作过硫酸盐的活化剂，结果发现CuFe2O4@β-CD/PS用于4-氯苯酚(4-CP)的降解具有很广阔的应用前景。本实验系统讨论了pH值、PS浓度对CuFe2O4@β-CD降解4-CP过程的影响，发现该催化剂在中性条件下即可展现较高的催化活性。实验比较了CuFe2O4@β-CD和CuFe2O4对4-CP降解能力的差异。结果表明CuFe2O4@β-CD展现了比CuFe2O4更加优异的催化性能，这可能是由β-CD的负载而形成了三级结构造成的，这种结构能在增大有机污染物的溶解度的同时还能允许自由基更加直接的进攻4-CP从而实现更高效的降解。此外，通过自由基淬灭实验测定了反应过程中所产生的自由基种类。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 持久性有机污染物的概述

1．1．1 持久性有机污染物的特点

1．1．2 持久性有机污染物的来源

1．1．3 持久性有机污染物的危害

1．2 持久性有机污染物处理现状及处理技术的发展

1．2．1 物理法

1．2．2 化学氧化法

1．2．3 生物降解法

1．2．4 联用技术

1．3 过硫酸盐原位氧化法及发展趋势

1．3．1 过硫酸盐产生硫酸根自由基的方式

1．3．2 铁氧化物活化过硫酸盐技术的研究进展

1．4 本论文的选题与研究内容

参考文献

第二章 Fe3O4@β-CD催化过硫酸盐降解双酚A的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验仪器与试剂

2．2．2 催化剂的制备

2．2．3 催化降解实验

2．2．4 样品分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 催化剂的表征

2．3．2 BPA的降解

2．3．3 pH值、PS浓度及催化剂用量对BPA降解过程的影响

2．3．4 Fe3O4@β-CD的可重复性和稳定性

2．3．5 Fe3O4@β-CD对PS活化机理的探究

2．3．6 Cl-淬灭剂的影响

2．3．7 BPA可能的降解路径

2．4 结论

参考文献

第三章 CuFe2O4@β-CD活化过硫酸盐对4-氯苯酚的降解研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 CuFe2O4@β-CD的制备

3．2．3 催化性能测试实验

3．2．4 样品分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化剂的表征

3．3．2 4-CP的降解曲线

3．3．3 pH值、PS浓度对4-CP降解过程的影响

3．3．4 CuFe2O4@β-CD的可重复性和稳定性

3．3．5 PS活化产生的自由基物种的探究

3．3．6 CuFe2O4@β-CD活化PS产生自由基以及增强降解4-CP的可能机理

3．4 结论

参考文献

第四章 全文总结

4．1 本论文的创新之处

4．2 有待研究的问题

致谢

攻读硕士期间完成的论文