發(fā)布時間：2018-11-24 15:01

【摘要】：目前,基于過一硫酸氫鹽(PMS)的高級氧化技術(shù)(Advanced oxidation processes,AOPs)的研究受到廣泛的的關(guān)注,尤其是利用碳材料作為催化劑或者催化劑載體催化PMS產(chǎn)生硫酸根自由基(S04·-)降解水中有機污染物的研究方向更是成為了近期的熱點。然而,目前更多的研究主要集中在利用活性炭顆粒(GAC)或者活性炭纖維(ACF)作為Co或Fe等過渡金屬的載體,直接利用碳材料作為PMS催化劑的研究非常少,而且主要的目標(biāo)污染物都是一些易吸附的有機污染物。本文選取活性染料活性黑5(RB5)為目標(biāo)污染物,由于ACF幾乎不吸附RB5,這樣可避免ACF對污染物的吸附過程對其降解機理分析的干擾。前期研究發(fā)現(xiàn)ACF催化PMS降解RB5的能力十分有限。為了提升ACF的催化降解活性,希望通過對ACF的表面改性,最終提升其催化降解RB5的能力。同時通過X射線光電子能譜(XPS)分峰等手段確定對其催化能力起促進作用的活性官能團種類。本文的具體研究內(nèi)容如下：(1)將原始活性炭纖維(ACF-0)通過三種方法改性,分別獲得三種活性炭纖維材料：ACF-N(ACF-0經(jīng)3M硝酸處理)、ACF-H(ACF-0經(jīng)900℃氮氣氣氛高溫加熱)、ACF-NH(ACF-N在900℃氮氣氣氛高溫加熱)。通過比表面積和孔徑結(jié)構(gòu)分析、Boehm滴定法、傅里葉紅外光譜圖(FT-IR)、掃描式電子顯微鏡-X光微區(qū)分析(SEM-EDS)、X射線光電子能譜(XPS)等方法表征上述四種ACF的表面物化性質(zhì)。硝酸處理會使得ACF表面遭到腐蝕,增加ACF表面的羧基和酮基的同時能夠引入硝基等含氮官能團到ACF表面。高溫處理能夠使ACF表面變得更加密實,使得羧基,酮基和醛基等酸性官能團熱解的同時,相當(dāng)一部分的堿性官能團也會在加熱過程中分解。而先硝酸處理,再熱處理所的的ACF-NH的表征結(jié)果顯示,該方法在較微弱的改變ACF表觀形態(tài)和孔徑結(jié)構(gòu)的情況下,能夠成功將含氮官能團引入ACF表面,并且使得表面呈堿性。(2)比較了ACF-0、ACF-N、ACF-H、ACF-NH等四種材料分別催化PS、PMS和H202對易吸附有機物酸性橙7(A07)和難吸附有機物RB5的降解情況。對于A07,四種材料的活化能力與對A07吸附和催化降解能力依次為：ACF-NHACF-0ACF-HACF-N。而對于RB5,四種材料都基本很難吸附RB5,而其催化降解能力依次為：ACF-NHACF-0ACF-NACF-H。通過上述比較,ACF-NH/PMS為降解RB5的最優(yōu)體系。增加PMS和ACF-NH的投加量能提升其對難吸附污染物RB5的降解能力。當(dāng)PMS與RB5摩爾比為50：1,ACF-NH投加量為0.4g/L時被認(rèn)為最優(yōu)條件。(3)利用XPS的C、N、O全譜,結(jié)合四種材料聯(lián)合PMS降解RB5的性能,分析了上述三種元素在活性炭纖維表面的存在狀態(tài)對其催化性能的影響。首先C元素對催化作用起著直接作用的是表面的π-π電子對。而C和O其他官能團主要則主要是通過不同官能團具有的不同酸堿性質(zhì),使得ACF表面酸堿度隨之改變,最終來影響其對具有酸性的RB5分子的吸引接觸能力,間接的改變催化降解能力。最后ACF表面微量的氮元素對催化PMS降解RB5起著至關(guān)重要的作用,其中硝基會明顯抑制催化作用,而吡啶和胺類等基團會促進催化反應(yīng)的進行。(4)定性分析了ACF-NH/PMS體系降解RB5的機理。該體系對RB5的降解主要為偶氮鍵的斷裂,苯環(huán)和萘環(huán)的開環(huán)。ACF-NH/PMS體系能夠降解RB5的主要活性物種被認(rèn)為是HO·和S04·-,其活化位點為ACF-NH表面,而且對RB5催化氧化場所也位于ACF-NH的近表面。發(fā)現(xiàn)是否易被吸附對該體系并不重要而染料分子與ACF-NH表面的接觸幾率卻是其能高效降解的重要因素。其次ACF-NH/PMS體系的重復(fù)利用效果比較理想。因此可以認(rèn)為,先硝酸處理后氮氣熱處理的過程,是一個集改性與再生為一體的過程。
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【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ342.742;O643.32

【參考文獻】

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本文編號：2354165