非均相催化剂的制备及其用于降解环丙沙星废水的研究

摘要

随着国内医疗科技水平的发展和抗生素的广泛应用，我国医药废水的产量急剧增加，尤其是抗生素废水(AW)，对人体和生态环境的危害日益加重。针对抗生素废水的水质变化大、成分复杂、COD高等特点，至今仍然没有能够高效环保的去除废水中抗生素的技术。本论文以环丙沙星为典型抗生素，基于传统的Fenton氧化技术，在前人的研究基础上，制备了两种新型的非均相类芬顿催化剂(HEFC)，用于去除水体中的环丙沙星。
　　本文分别采用浸渍-焙烧法和聚合法制备了活性氧化铝负载锰催化剂和海藻酸钠凝胶小球催化剂。采用单因素分析法，对催化剂的制备条件和Fenton反应的操作条件进行了考察。
　　首先对活性氧化铝负载锰的非均相催化剂进行了扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征。氮气保护下焙烧所得HEFC的催化性能要明显优于空气中焙烧所得的HEFC的催化性能;对比活性金属锰、铁、铜和镍，锰负载在活性氧化铝上的催化性能最好;此外，浸渍时间、浸渍浓度、焙烧温度、焙烧时间和不同类型的锰盐均对HEFC的催化活性有显著影响，通过单因素分析法，最终确定将活性氧化铝浸渍在0.3 mol·L-1的硝酸锰溶液中8h，使用程序升温至600℃焙烧2h，制备的HEFC的催化效果最好。
　　对于海藻酸钠凝胶小球催化剂，采用SEM和热重(TGA)对其进行了表征。采用双金属离子作为交联剂制备的催化剂的机械性能要明显优于只用铁离子作为交联剂制备的催化剂的机械强度，进而考察了铁离子的浓度、海藻酸钠的质量分数和聚合温度等制备条件对所得催化剂催化性能的影响，通过单因素分析法确定，采用2％的海藻酸钠和0.1 mol·L-1的氯化铁在30℃聚合制得的凝胶小球的催化性能最佳。
　　另外还考察了操作条件对催化剂性能的影响，所制得的两种非均相类芬顿催化剂在碱性条件下的催化性能要优于酸性条件下，且催化性能随着催化剂的投加量和双氧水的投加量增大而增大，初始浓度对降解速率的影响均符合二级反应动力学，体系pH对降解速率的影响均符合一级反应动力学，催化剂和双氧水的投加量对降解速率的影响均符合一级反应动力学。基于催化机理和电子云密度理论，本文采用液质分析方法(LC-MS)确定了7种降解中间产物，最终提出一条可能的降解路径，对后续类Fenton体系的理论研究具有参考和指导意义。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 抗生素废水的处理研究进展

1．2．1 抗生素废水的来源

1．2．2 抗生素废水的水质特点

1．2．3 抗生素废水的处理技术现状

1．3 环丙沙星废水的物化性质和研究进展

1．3．1 环丙沙星的结构、特点和危害

1．3．3 环丙沙星的研究现状

1．4 Fenton氧化技术在废水处理中的应用

1．4．2 Fenton反应的机理

1．4．3 Fenton反应处理废水的研究进展和常见问题

1．5 类Fenton氧化技术

1．5．1 类Fenton氧化技术的原理和分类

1．5．2 非均相Fenton催化剂的研究现状

1．5．3 主要控制因素对芬顿反应的影响

1．6 课题的研究背景意义和内容

第二章 实验仪器和分析方法

2．1 实验装置及试剂

2．1．1 实验装置

2．1．2 实验试剂及仪器

2．2 分析方法和数据处理

2．2．1 环丙沙星的分析方法

2．2．2 锰的分析方法

2．2．3 Fe3+的分析方法

2．2．4 数据处理

第三章 活性氧化铝负载活性金属降解环丙沙星模拟废水的研究

3．1 HEFC的制备和表征

3．1．1 HEFC的制备

3．1．3 AAO负载锰催化剂的XRD分析

3．2 制备条件对HEFC催化性能的影响

3．2．2 负载金属类型对HEFC性能的影响

3．2．3 焙烧温度对HEFC性能的影响

3．2．4 焙烧时间对HEFC性能的影响

3．2．5 浸渍时间对HEFC性能的影响

3．2．6 浸渍浓度对HEFC性能的影响

3．2．7 锰盐种类对HEFC性能的影响

3．3 操作条件对HEFC催化性能的影响

3．3．2 pH对HEFC性能的影响

3．3．3 H2O2的投加量对HEFC性能的影响

3．4 HEFC稳定性的考察

3．4．1 HEFC的重复利用性

3．4．2 锰离子的流失

3．5 环丙沙星降解的动力学研究

3．5．1 环丙沙星的初始浓度对降解速率的影响

3．5．2 pH对降解速率的影响

3．5．3 H2O2的浓度对降解速率的影响

3．6 环丙沙星降解路径研究

3．7 本章小结

第四章 海藻酸钠凝胶小球降解环丙沙星模拟废水的研究

4．1．2 SA小球的电镜分析

4．1．3 SA小球的TG分析

4．2 制备条件对SA凝胶小球催化性能的影响

4．2．2 SA的浓度对SA凝胶小球催化性能的影响

4．2．3 聚合温度对SA小球催化性能的影响

4．3 双金属离子作为交联剂对SA凝胶小球催化性能的影响

4．3．2 铁离子和M离子的投加量之比对SA凝胶小球催化性能的影响

4．4 操作条件对SA凝胶小球催化性能的影响

4．4．1 抗生素浓度对HEFC性能的影响

4．4．2 pH对HEFC性能的影响

4．4．3 HEFC的投加量对催化剂性能的影响

4．5 HEFC稳定性试验

4．5．1 HEFC的重复利用性

4．5．2 铁离子的流失

4．6 凝胶小球对降解环丙沙星动力学的研究

4．6．1 环丙沙星的初始浓度对降解速率的影响

4．6．2 pH对降解速率的影响

4．6．3 HEFC的投加量对降解速率的影响

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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