赤泥基催化剂活化PDS对水中金霉素的去除效能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:watersss1111
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近年来,随着四环素类抗生素日益广泛的使用,由其引起的环境污染问题也日益突出,成为环境工作者较为关注的问题之一。由于四环素类抗生素具有非常好的水溶性,在进入环境水体后,可以长期大量存在并扩散,严重可威胁人类及动植物健康安全,必须对其进行有效控制。在众多的水处理技术中,过硫酸盐高级氧化法的优势日益凸显,由其产生的硫酸盐自由基具有强氧化性,对高浓度有机物具有非常好的降解效果,但单独的过硫酸盐并不具有强氧化性,需要进行活化,因此,选择经济适用的活化方法,对过硫酸盐高级氧化法的应用具有实际意义。针对上述问题,本文将工业固体废弃物赤泥进行再利用,作为过渡金属的载体,制备了可高效活化过硫酸盐的催化剂,并对其降解高浓度四环素类抗生素废水的效能展开研究工作,研究结果可为四环素类抗生素废水的有效处理提供技术参考。本课题对催化剂的制备方法和制备条件进行了探究,并通过表征分析对所制备的催化剂的表观形貌、结构性质进行解析。通过共沉淀法和过量浸渍法分别制备赤泥催化剂,对金霉素的降解效能进行比较,结果得到由共沉淀法制备的催化剂具有更优的催化性能,采用设计正交实验的方法,对催化剂的制备条件进行优选,结果得到,Co-RM催化剂的最优制备条件为:溶液浓度为0.1mol/L,煅烧时间为2h,煅烧温度为400℃;Cu-RM催化剂的最优制备条件为:溶液浓度为0.05mol/L,煅烧时间为2h,煅烧温度为300℃。表征分析的结果也证明了钴元素和铜元素分别成功地负载到了赤泥表面,所制备催化剂可有效发挥活化过硫酸盐的作用。金霉素的降解效能受到多方面因素的影响,利用控制变量法对影响因素进行探究。本课题的实验体系为100m L,利用0.04g/L(0.05g/L)的Co-RM(Cu-RM)催化剂活化0.3g/L(0.2g/L)的过硫酸盐,在90min内可降解95%初始浓度为50mg/L的金霉素。体系中金霉素的降解效率随着催化剂投加量的增加、过硫酸盐投加量的增加、反应温度的提升而加快,降解效率随着金霉素初始浓度的增加而减小。pH对金霉素的降解效果具有十分明显的影响,当pH=5时,反应体系对金霉素具有最佳的去除效率,酸性和碱性条件都会抑制反应体系的氧化能力。水中共存阴离子Cl-、HCO3-、H2PO4-和天然有机物HA的浓度均会影响金霉素的降解效能,浓度越高,金霉素的降解效率越低。考虑到实际应用时水体环境的复杂性,本实验进行了实际废水中金霉素的去除研究。结果发现在实际废水中的各种有机物和无机物会对反应产生影响,但总体上还是具有相对高的降解率。在循环利用实验中,Co-RM(Cu-RM)在4次循环使用后,仍能保持一定的催化活性,在第四次降解实验中,对金霉素的去除效率可达到80%以上。为了确定反应体系中的主要活性物质,分别加入甲醇和叔丁醇对反应体系产生自由基的类别进行鉴定,并结合电子自旋共振波谱仪(ESR)捕获自由基。实验结果得到该氧化体系中的主要活性物质为硫酸根自由基,产生少量的羟基自由基起到辅助氧化作用。通过高效液相色谱-质谱联用仪对金霉素降解过程中产生的中间产物进行了分析,金霉素主要通过脱氯、双键断裂、开环、去环等一系列变化,最终变成水、二氧化碳、铵根等无机物质,实现金霉素的矿化过程。
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