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基于硫酸根自由基(SO4·-)的高级氧化技术是近年来备受人们关注的新型水处理技术。SO4·-主要是通过适当的方法活化过硫酸盐(Persulfate,PS)产生。PS包括了过二硫酸盐(Peroxydisulfate,PDS)和过一硫酸盐(Peroxymonosulfate,PMS)。一般认为,最高效活化PDS的过渡金属离子是Fe2+,最高效活化PMS的过渡金属离子是Co2+。但过渡金属离子活化PDS或者PMS的过程中,金属离子不容易回收,同时容易造成二次污染。解决该问题的关键是开发能够高效活化PDS或者PMS的非均相材料。基于此,本论文研究制备了基于铁元素的磷酸铁锂(LiFePO4,LFP)和钼酸亚铁(FeMoO4)的非均相材料活化PDS降解有机污染物,以及基于钴元素制备磷酸钴锂(LiCoO4,LCP)和双金属材料磷钴铁(Co0.39Fe0.51P,CFP)的非均相材料活化PMS降解水体中的有机污染物。具体研究内容如下。(1)运用水热法合成了基于铁元素二价态的材料磷酸铁锂(LFP),并且利用它活化PDS降解水体中的有机污染物。研究发现LFP/PDS体系对染料废水典型有机污染物橙黄G(OG)以及其它类型污染物(如酸性橙7(AO7),亚甲基蓝(MO)和甲基橙(MO))等都能够在短时间(10 min)内达到良好的脱色降解效果。进一步研究发现当LFP投加量小于0.5 g L-1的时候,随着LFP和PDS投加量的增加,污染物的去除速率逐渐增加。同时,LFP/PDS的去除速率随着水体初始pH的提高明显下降。运用自由基猝灭实验证明了水体中的主要自由基种类是SO4·-。同时,运用现代表征手段XRD、Raman、XPS、BET、SEM和AAS等技术对反应前后的材料特征进行了表征和分析,从而发现了LFP活化过程中发生Li FePO4和FePO4之间的转换,据此提出了LFP活化PMS产生自由基的机制。(2)在酸性条件下成功地合成抗酸的基于铁元素二价态的钼酸亚铁(FeMoO4),并把它应用于活化PDS脱色降解水体中的多种有机污染物。研究发现FeMoO4和PDS的投加量分别小于0.5 g L-1和4 mM的时候,随着两者投加量的提高,污染物OG的脱色降解率逐渐提高。同时,随着水体初始pH的提高,污染物的去除率逐渐下降。运用电子自旋共振(EPR)和自由基猝灭实验说明了SO4·-和·OH都存在,同时前者SO4·-发挥了比较重要的作用。通过XRD、Raman和SEM等表征技术进行分析,发现即使经过12个循环反应,材料的晶型结构和形貌基本都没有发生变化。通过TEM观察发现,多个循环反应后,材料的表层相对于内部发生了变化。通过XPS分析发现,反应前后材料的Mo 3d和O 1s分峰的结合能基本都没有发生改变,但是Fe 2p3/2和Fe 2p1/2都向高结合能方向迁移。据此,提出FeMoO4活化PDS的机制。反应前后材料的稳定性,保障了FeMoO4/PDS体系经过10个循环反应后仍有较高的活性。最后,运用GC-MS检测技术,研究了FeMoO4/PDS体系降解OG的主要中间产物,得到了OG的降解途径。(3)运用固相研磨高温加热法合成了基于钴元素的磷酸钴锂(LCP),并利用它活化PMS降解水体中的持久性有机污染物邻苯二甲酸二乙酯(DEP)。本研究不需要对反应水体进行pH调节,可以克服传统高级氧化方法需要调pH的缺点。LCP/PMS体系表现良好。研究发现当LCP和PMS投加量分别小于0.1 g L-1和0.3 g L-1的时候,DEP的去除效果随着两者投加量的增加而提高。为防止造成二次金属污染,可以将LCP投加量控制为0.01 g L-1,PMS投加量为0.3 g L-1,此时在1 h内能够达到98%的降解效果。运用自由基猝灭实验可以了解到SO4·-和·OH在降解污染物的过程中都起到了作用。进一步地运用现代表征技术XRD、SEM、BET、Raman和XPS对反应前后的材料进行表征分析,发现反应前后材料晶型形貌和元素价态等基本没有发生变化。据此,得出LCP活化PMS降解污染物的机制。最后,利用GC-MS技术检测DEP在降解过程中的主要中间产物,并提出DEP的降解途径。(4)以金属有机骨架材料(Metal organic frameworks,MOFs)普鲁士蓝类似物(Prussian blue analogues,PBAs)为前驱体合成同时含有铁元素和钴元素的双金属骨架材料Co0.59Fe0.41P(CFP),并创新性地将其应用于活化PMS降解水体中的持久性有机污染物邻苯二甲酸二乙酯(DEP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)。为防止造成二次污染和克服传统高级氧化过程中需要调pH的缺点,可以将CFP投加量控制为0.02 g L-1,并且不对水体的pH进行调节。研究发现,水体中腐殖酸(HA)和Cl-对污染物去除效果有较明显影响,而HCO3-的影响较小。由自由基猝灭实验说明了SO4·-和·OH在降解污染物过程中都起到了作用,其中SO4·-起到了主要作用。对反应前后的样品应用XRD、SEM、BET和XPS等技术方法进行分析研究,发现反应前后CFP材料的晶型形貌特征总体上基本没有发生变化。其中CFP的Co 2p3/2特征峰在反应后向高结合能方向发生了迁移。基于此提出CFP活化PMS的机制。