多相芬顿催化剂及其催化降解有机污染物机制的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 聂玉伦 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 胡春 |
| 关键词 | 废水处理 难降解有机物 多相芬顿氧化 电子转移 Fe3+/Fe2+循环 Wastewater treatment Non-biodegradable compounds Heterogeneous Fenton oxidation Interfacial electron transfer Cycle of Fe3+/Fe2+ |
| 其他题名 | Heterogeneous Fenton Catalysts and the Mechanism of Catalytic Degradation of Organic Pollutants |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 本论文的主要研究目标是以电子转移和促进Fe3+/Fe2+的循环为切入点，通过在催化剂表面构筑不同氧化还原对，形成微小原电池，能够加强界面Fe2+/Fe3+的电子转换速率，开发新型高效的多相光芬顿催化剂。在H2O2和UVA协助下，研究对水体中的染料、邻苯二甲酸二甲酯、2,4-二氯苯氧乙酸和腐殖酸等难降解有机物的催化降解机制，并探讨了多相芬顿反应与生物氧化工艺、饮用水加氯消毒工艺结合的可行性。研究内容和结果如下： 1. 通过构筑不同氧化还原对，加强界面Fe2+/Fe3+的电子转换速率，成功研制了核壳结构的铁氧化物包裹零价铁和铜氧化物复合的-FeOOH催化剂 市售零价铁粉在空气氛围中经过低温煅烧和表面化学腐蚀制得铁氧化物包裹零价铁催化剂(FeOxH2x-3/Fe0)，通过硼氢化钠与硫酸亚铁的反应并经过低温腐蚀制备了纳米尺度的铁氧化物包裹零价铁催化剂(nFeOxH2x-3/Fe0)。上述材料具有核壳结构，其中催化剂表面被FeOOH和Fe2O3的混合物包裹，而内部仍然为零价铁。 通过硼氢化钠与硫酸亚铁、硫酸铜的反应和低温腐蚀法成功制备了纳米棒状催化剂CuOx-FeOOH。其中铁的存在形态主要为α-FeOOH，而铜则以Cu2O和CuO的形式存在，并在催化剂中高度分散。 在UVA和H2O2协助下，FeOxH2x-3/Fe0和CuOx-FeOOH在pH=5-8范围内能够高效去除水体中的难降解有机物，解决了均相芬顿对处理水体pH要求较为苛刻的缺点，催化剂可以磁力分离并循环再利用，在饮用水和废水处理方面有着良好的应用前景。 2. 多相芬顿催化剂的界面电子转换机制(1) 依据电化学氧化机制，通过氮气无光条件下，核壳结构FeOxH2x-3/Fe0水悬浊液中大量OH的产生，证实了该催化剂的原电池性能。 (2) 研究发现在多相光芬顿体系中，溶液中Fe3+离子浓度的振荡频率与反应体系中OH生成的速率和污染物降解速率有相似的变化趋势，证实了Fe2+/Fe3+之间的电子转换诱发OH的产生，并且界面Fe2+/Fe3+之间的电子转换速率与多相芬顿催化剂的催化活性成正相关。 (3) 研究证明H2O2在多相芬顿体系中的分解存在两种途径：表面氧空位机制(产生氧气)和自由基机制(产生OH)，H2O2的分解速率与芬顿催化剂的催化活性并没有很强的相关性，而OH的生成更适于作为评价多相芬顿催化剂活性的一个指针。 3. 难生物降解有机物经过多相芬顿预处理后与其它水处理工艺结合的可行性 (1) 以FeOxH2x-3/Fe0为催化剂，研究染料和邻苯二甲酸二甲酯、2,4-二氯苯氧乙酸等难生物降解有机物在多相光芬顿体系中的降解过程，发现原始物能够快速降解，而总有机碳的去除速率却比较慢，中间产物的分析结果表明原始物的结构迅速被破坏，并产生易于生物降解的小分子物质，废水的可生化性提高。多相芬顿作为生物氧化工艺的预处理具有良好的应用前景。 (2) 以nFeOxH2x-3/Fe0为催化剂，研究腐殖酸在多相光芬顿体系中的降解过程，讨论腐殖酸中官能团的结构变化与消毒副产物生成势的关系。结果表明腐殖酸中的憎水性结构在芬顿氧化过程中更容易降解，芳香环的断裂和小分子有机物的生成是反应后腐殖酸相对分子量下降、亲水性结构比例上升的主要原因。消毒副产物的生成势不仅跟溶解性有机物的浓度有关，腐殖酸中官能团结构的变化对消毒副产物生成的影响更为显著。 |
| 学科主题 | 环境水质学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-06-28 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/486]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 聂玉伦. 多相芬顿催化剂及其催化降解有机污染物机制的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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