MIL类材料的制备及活化过硫酸盐性能的研究

作     者：熊若琳 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵雷

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0815[工学-水利工程] 

主      题：MIL-53(Al) 酮基布洛芬 活化过硫酸盐 降解效能 降解机理 

摘      要：我国目前存在水资源匮乏和水污染涉及面广的问题,而缺水问题在一定程度上对现代化建设进程、GDP的增长以及居民生活质量都会产生一定的影响。目前,微量污染已经成为全球水环境中的隐患,在饮用水源中频繁检测出酮基布洛芬(Ketoptofen,KTP)的存在,即使含量在微量水平也会对生态环境和人类健康造成威胁。活化过硫酸盐技术通过形成硫酸根自由基对有机化学物进行降解,由于过硫酸盐易于储存和运输,硫酸根自由基具有高氧化还原电位并且不依赖于pH值,因此在水资源处理中有着广泛的应用。用水热合成法合成活化剂MIL-53(Al),通过调整摩尔比和煅烧温度对活化剂进行一定的改性,然后以KTP作为目标物,以活化PMS降解KTP的降解效果和协同效应作为标准对活化剂进行筛选,选择出效果最好的活化剂。对筛选出的活化剂进行XRD、SEM、FTIR、XPS、BET、TG-DSC等一系列分析测试。通过正交实验得到降解反应的最优实验条件,然后在最优实验条件下,考察温度、pH值和Cl对KTP降解效能的影响。由实验结果发现,随着温度的升高KTP的降解效果增加,反应速率也会随之增加;pH值的增加对KTP的降解起负作用,在pH值越小时,KTP的降解效果越好;而Cl浓度增加时,KTP的降解呈现出先减小后增加的效果,反应速率也产生先抑制后促进的效果。对MIL-53(Al)活化PMS降解KTP的反应进行一系列的动力学拟合,发现体系为假一级反应动力学。通过电子顺磁共振技术(EPR)检测到了反应体系内的自由基为硫酸根自由基和羟基自由基,利用甲醇和叔丁醇作为自由基的猝灭剂,对体系进行自由基猝灭实验进一步确定了体系内起主要作用的活性物质,进一步确定了反应的机理。通过TOC发现,活化剂MIL-53(Al)虽然促进了KTP降解的矿化程度,但降解过程没有将KTP进行完全矿化,然后通过LC-MS检测KTP降解过程中可能产生的中间产物,根据自由基和其可能作用的位置对KTP的降解路径进行推测。