【摘 要】
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四环素(TC)是自然界中最常见的抗生素残留之一,是人类和兽医治疗中常用的药物。污水处理厂缺乏去除生活和医院废水中残留TC的先进处理技术,构成了严重的环境风险。重要的是深入了解不同的高级处理技术,有效地去除TC从地表水和污水处理厂。基于高级氧化技术的高效无害和生物炭(BC)经济绿色的应用,BC负载金属复合物的催化工艺成为了热点。本文的研究出发点是建立在BC具有良好的吸附能力以及BC表面的PFRs具备
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四环素(TC)是自然界中最常见的抗生素残留之一,是人类和兽医治疗中常用的药物。污水处理厂缺乏去除生活和医院废水中残留TC的先进处理技术,构成了严重的环境风险。重要的是深入了解不同的高级处理技术,有效地去除TC从地表水和污水处理厂。基于高级氧化技术的高效无害和生物炭(BC)经济绿色的应用,BC负载金属复合物的催化工艺成为了热点。本文的研究出发点是建立在BC具有良好的吸附能力以及BC表面的PFRs具备较高的反应活性的基础之上,对BC-FeCu活化氧气进行了研究。通过广泛使用的热解法制备了污泥基BC,在热解法的基础上应用共沉淀法合成FeCu和BC-FeCu,并利用一系列表征手段,探究了以上催化剂的形貌、晶体结构、元素组成和含量等特征,再以四环素(TC)为目标污染物,对BC,FeCu和BC-FeCu活化氧气同时吸附和降解TC的能力进行了对比,研究了BC-FeCu吸附,活化氧气生成活性氧间接降解以及直接接触降解TC等去除TC的不同途径,提出了BC-FeCu降解TC可能的机制,还研究了BC-FeCu/O2体系降解TC的途径。最后对催化剂的重复使用能力和应用稳定性进行了研究。对以上研究的结果总结如下:(1)SEM结果展现出BC粗糙、疏松、多孔的表面,FeCu双金属颗粒容易团聚,BC-FeCu表面则是在粗糙疏松的表面上覆盖了不同尺寸的颗粒和聚集晶体结构,但分布不均匀,说明煅烧过程中FeCu颗粒成功负载在BC上。根据数据得出BC-FeCu比FeCu具有更疏松多孔的表面结构。EDS数据表明C、O、Al、Si、K、Fe和Cu是BC-FeCu的主体元素,且以氧,硅元素居多。(2)FeCu和BC-FeCu的XRD谱图表明FeCu成功加载于BC上,且BC-FeCu中含有Fe2O3、Cu O、Cu2O和Cu。使用前后BC-FeCu的XRD谱图基本没有变化证明了BC-FeCu的稳定性。通过拉曼光谱中的ID/IG的比值确定碳材料的缺陷程度可知,在BC上加载双金属FeCu后,ID/IG的比值从0.77增加到0.90,说明合成的BC-FeCu的缺陷位点增加,这可能在催化反应中起到重要作用。对比BC和BC-FeCu的光谱,可以看到-OH的峰强度明显降低,C=O和C=C次之,说明FeCu在BC上加载成功,推测FeCu在加载过程中消耗了含氧官能团。去除TC后,BC-FeCu在1015 cm-1处的峰发生了明显的下降,间接证明了C-O基团是主要的反应位点之一。XPS分析了使用前后的BC-FeCu的元素组成及其价态,表明BC-FeCu催化剂中存有Fe,Cu,C、O和Si等元素,sp~2C=C和sp~3C-C共存于BC-FeCu中,表明BC-FeCu中含有石墨和非晶态碳。发生反应后,BC-FeCu中53.4%的Fe(Ⅲ)转化为Fe(Ⅱ),约有17.03%的Cu/Cu(Ⅰ)被氧化为Cu(Ⅱ)。(3)实验结果表明,在相同的条件下,BC-FeCu的去除率(92.50%)高于FeCu的去除率(67.30%)和BC的去除率(15.32%)。并且,BC-FeCu对TC的去除效果随p H从4.50增加到9.03而不断提高。脱附实验表明,BC-FeCu对总TC的吸附和降解率分别为26.09%和73.91%。曝氮气实验表明,溶解氧(DO)参与了TC的降解,O2参与的间接降解和BC-FeCu直接降解分别占总TC去除率的17.02%和56.89%。电子自旋共振(ESR)实验证明了O2·-、·OH、~1O2的存在。并且,O2·-是BC-FeCu降解TC的主要活性物质。进而提出BC-FeCu激活O2的可能机制是BC-FeCu中的-COOH、-OH和Cu/Cu+向O2转移,从而产生O2·-。最后,通过对8种中间产物的分析,提出了3种可能的TC降解途径。本研究从实用性出发,在一定的实验条件下进行了连续四次的重复试验,BC-FeCu均表现出了良好的稳定性。
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