钙钛矿型氧化物催化类芬顿反应降解双酚A的研究

作     者：杨文龙 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨昌柱;侯慧杰

授予年度：2018年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：钙钛矿型氧化物 双酚A 类芬顿反应 氧空位 

摘      要：近年来,内分泌干扰物等难降解污染物不断在各类水体中检出,危害日益增大。类芬顿等高级氧化技术成为处理此类污染物的热点。由于钙钛矿型氧化物结构独特,掺杂后可形成缺陷结构且具备元素价态可调的特性,因此成为了类芬顿研究的理想材料。本文以双酚A(Bisphenol A,BPA)为处理对象,通过对钙钛矿型氧化物LaFeO的元素取代、掺杂和修饰来研究其催化类芬顿反应的机理。主要内容和结论如下:(1)通过柠檬酸络合法制备立方晶型的LaCuFeO催化剂。采用热重(TG)确定催化剂的烧结温度为700℃。X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、N物理吸附等分析表明Cu成功的取代部分Fe进入LaFeO晶格中,随着煅烧温度升高,催化剂比表面积减小,但晶体结晶性和稳定性增强。催化实验表明,Cu的取代提高了催化剂催化活性,且取代比例x为0.5时LaCuFeO样品性能较佳,反应符合伪一级动力学。催化反应前后XPS分析表明Fe、Cu的协同作用和表面氧缺陷均对催化反应起重要作用。(2)暗反应下LaCuFeO+HO降解BPA实验表明当pH=6.0,HO浓度为12mmol/L,BPA浓度为20 mg/L,催化剂投加量为1.0 g/L时,120 min内BPA的降解率为91.7%,TOC去除率为59.0%,材料可重复利用5次稳定性良好。可见光下的类芬顿体系BPA的降解率进一步提高达到99%,TOC去除率为68%。活性物种猝灭实验和电子自旋共振(ESR)分析表明反应体系主要活性物种为·OH。液相和气相质谱(GC-MS)分析表明,·OH主要攻击连接两个苯环的烷基和羟基以及苯环来降解BPA。(3)采用柠檬酸络合法制备了Ca掺杂材料LaCaMO(M=0.5Fe/0.5Cu)。XRD和SEM分析表明Ca掺杂未改变晶体结构和形貌。LaCaMO+HO体系降解BPA的实验表明,材料中掺杂比例x为0.05时,催化剂性能较优,BPA降解率为98.2%,TOC去除率为62.0%,与未掺杂前相比材料性能提升,但稳定性降低。ESR分析再次证明催化剂中的氧缺陷是催化反应的重要推动力。