关键词：有机污染物;磁性纳米催化剂;氧化降解;活化PMS;Mn Co2O_4;g-C_3N_4
摘 要：针对废水中的复杂有机污染物的治理,本文分别选取了酸性橙II(AO II)和2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)这两种典型的染料和酚类化合物作为目标污染物,探究了Fe_3O_4@C/MnCo_2O_4和Fe_3O_4@C/C_3N_4两种催化剂活化过硫酸氢盐(PMS)氧化降解AO II和2,4-DCP的效果。运用FT-IR、XRD、XPS、TEM、SEM、EDS、磁强计等手段对两种磁性纳米催化剂进行了表征。结果表明MnCo_2O_4和g-C_3N_4成功负载到Fe_3O_4@C表面,成功制备出两种磁性纳米复合物。探究了不同因素对AO II和2,4-DCP的降解的影响、降解机理、降解热力学和动力学及催化剂的循环再生方法等。主要有以下结论:(1)Fe_3O_4@C/MnCo_2O_4+PMS体系对AO II的脱色研究表明pH介于4.1-8.1时,25min内AO II溶液近乎被完全脱色。当不调节pH值(pH=6.38)的情况下,该体系表现出最佳的脱色效率,在15分钟内达到98%的脱色率。增大催化剂和PMS的用量以及提高反应温度均能促进Fe_3O_4@C/MnCo_2O_4+PMS体系对AO II的脱色。增大PMS的用量能有效提高对AO II的TOC去除率,当PMS用量为1.2 g L-1时,反应6h能去除95%的TOC。证明该体系不仅能使染料废水脱色,而且可以深度降解废水,达到较高的矿化程度。机理探究实验表明AO II溶液的脱色主要是由于Fe_3O_4@C/MnCo_2O_4活化PMS产生具有强氧化能力的SO_4~(-·)来氧化染料分子。催化剂能循环使用6次并方便地磁分离回收。通过一系列的活化措施能使催化剂的效果恢复。(2)Fe_3O_4@C/MnCo_2O_4+PMS体系对2,4-DCP的降解研究表明pH介于6.05-8.02时,2,4-DCP在30min内几乎被完全去除。当pH为8.02时,体系达到去除2,4-DCP的最佳效率,2,4-DCP在15min内几乎被完全去除。增大催化剂和PMS的用量以及提高反应温度均能促进Fe_3O_4@C/MnCo_2O_4+PMS体系氧化降解2,4-DCP。机理探究实验表明,Fe_3O_4@C/MnCo_2O_4能活化PMS产生具有强氧化能力的SO_4~(-·)而氧化降解2,4-DCP。对2,4-DCP的降解水样分析检出游离的氯离子,并且TOC浓度不断减小。当PMS用量为3.6 g L-1时,反应6h能去除90%的TOC。同时,采用质谱检测了2,4-DCP的降解中间产物。(3)Fe_3O_4@C/C_3N_4+PMS体系对AO II的脱色研究表明,Fe_3O_4@C/C_3N_4的效果受复合比例、煅烧温度和煅烧时间等制备条件的影响。在最佳条件下,20min内能达到96%的脱色率。增大催化剂和PMS的用量、提高反应温度和调节合适的pH环境均能促进Fe_3O_4@C/C_3N_4+PMS体系氧化AO II脱色。当PMS用量为0.6 g L-1时,反应8h能去除68.24%的TOC。对数据的动力学拟合表明该脱色过程符合准一级动力学过程。机理探究实验表明,SO_4~(-·)和OH·为主要反应活性物种。(4)Fe_3O_4@C/C_3N_4+PMS+Vis体系对2,4-DCP的降解研究表明pH介于2.08-7.02时,40min内2,4-DCP能被较好地去除。pH介于3.56-5.00时,30min内2,4-DCP能获得较高的去除率。增大催化剂和PMS的用量以及提高反应温度均能促进Fe_3O_4@C/C_3N_4+PMS+Vis体系氧化降解2,4-DCP。当PMS用量为1.2 g L-1时,反应2h能去除68.24%的TOC。TOC、溶液氯离子浓度和质谱分析表明该体系能有效地把2,4-DCP降解为小分子中间产物。机理实验表明,SO_4~(-·)、O_2~(-·)和h~+是反应中的活性物种。
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