铜基催化剂活化过硫酸盐去除难降解有机污染物

作     者：倪熙 

作者单位：武汉纺织大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李强

授予年度：2023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：过硫酸盐技术 零价铜 硫酸根自由基 刚果红 头孢氨苄 

摘      要：难降解有机污染物的毒性较大、容易富集于生物体,如果不经过处理直接排入自然水体,会严重威胁到环境及人类健康。传统的处理方法并不能很好的降解这些有机物,还存在很多弊端。过硫酸盐高级氧化技术可通过过渡金属激活过硫酸盐生成氧化性较强的硫酸根自由基,从而达到降解目标污染物的目的。因此,选择、制备一种高活性的过渡金属材料作为催化剂是提高有机物降解性能的关键。过渡金属铜具有较高的活性,本文利用零价铜以及通过水热法制备的铜钴负载碳化树脂（CuCo@C）作为催化剂,分别探究了不同粒径零价铜和CuCo@C活化过硫酸盐对有机污染物的降解性能与机制。本论文的工作主要包括以下两个部分:（1）本研究首先采用不同粒径的零价铜（ZVC）活化过二硫酸盐（PDS）在温和温度下降解刚果红（CR）。50 nm、500 nm、15 um ZVC活化PDS对CR去除率分别为97%、61%和20%。共存SO和Cl有利于CR的降解,HCO和HPO不利于CR的降解。随着ZVC粒径的减小,共存阴离子对降解的影响逐渐增强。50 nm和500 nm ZVC在p H=7.0时的降解效率最高,15 um ZVC在p H=3.0时降解效率较高。ZVC粒径越小,活化PDS产生活性氧的效果越好。自由基淬灭实验以及电子顺磁共振（EPR）分析表明,反应中存在SO·、·OH和·O。根据LC-MS提出了3种可能的降解途径。此外,50 nm的ZVC在第5个循环中仍能达到96%的降解率。（2）其次采用CuCo@C活化过一硫酸盐（PMS）降解头孢氨苄（CEX）。设定不同煅烧温度、不同铜钴比,考察对CEX的降解影响。实验结果表明600℃煅烧条件、CuCo更有利于CEX的降解,且铜钴成功负载碳化树脂。20 mg/L的CEX在0.2 g/L的PMS、0.2 g/L催化剂投加量、25℃的条件下降解率为94%。CuCo@C/PMS体系在碱性条件对CEX的降解效果最好。共存Cl、SO、HPO、CO不利于CEX的降解。四种自由基淬灭剂的淬灭实验以及EPR分析显示反应中存在SO·、·OH和·O。另外,基于LC-MS,推测出9种中间产物,并给出了四种可能降解途径。