MgMn2O4尖晶石催化高碘酸钠降解水中双酚A的研究

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为有效降解并去除水中定性为内分泌干扰化合污染物的双酚A,以及为去除水中其他可能的无机、有机污染物提供理论基础,本课题使用高级氧化技术中新颖的活化高碘酸盐氧化方法,首次采用尖晶石氧化物催化的方式活化高碘酸盐,建立催化氧化体系,探索影响因素与氧化机制,明确使用效能、稳定性与实际应用能力。首先,制备了多种不同的尖晶石相和非尖晶石相催化剂,探索其催化高碘酸盐降解双酚A效能,并进行ICP-AES金属离子溶出浓度的安全性测试以及XRD、XPS、FT-IR、SEM、TEM、BET、p Hzpc等表征分析。发现含有Mn3+的MgMn2O4降解双酚A效能最优,Mg元素的引入抑制晶粒尺寸增长并改善Mn氧化物的分散性,增加了比表面积。在Mg:Mn=1:4条件下制备的纯粹MgMn2O4尖晶石氧化物效能高并且金属溶出较少,综合性能最优,其平均粒径为33.87±5.31 nm,呈现介孔结构,BET比表面积为36.1775 m2/g,p Hzpc=3.632。其次,建立了MgMn2O4/Na IO4催化氧化体系降解及去除水中双酚A,分类讨论不同因素对该体系降解双酚A性能的影响,并使用自由基淬灭实验、ESR、控制DO等手段分析体系主要氧化活性物质与非均相催化高碘酸盐的机制。明确MgMn2O4有对高碘酸盐活化的能力,MgMn2O4/Na IO4体系可以在60 min内降解96.17±0.97%的双酚A,去除31.35±3.16%的TOC。0.1 g/L催化剂与1 mmol/L高碘酸钠是较为合适的反应比例,并且反应符合Arrhenius公式结论。发现PO43-、HCO3-、CO32-对体系效能有抑制作用,SO42-有小幅度提升作用。鉴定出体系中含有~1O2作为高氧化活性物质且一定有其他氧化活性物质参与了降解双酚A过程。最后,考察了MgMn2O4催化剂不同情况下的10次重复利用性能稳定性,使用XRD、XPS和ICP-AES金属离子溶出调查材料结构稳定性,并结合自来水和江水真实水体中进行了双酚A降解模拟实验。MgMn2O4催化剂取出晾干后再利用是一种催化剂再生行为,重复利用10次双酚A降解率都可以保持在92%以上,远高于连续使用10次后的降解率78.95%。重复利用10次后材料保持着良好的尖晶石晶相,并且比连续使用10次的Mg、Mn金属溶出要少。自来水中可降解双酚A53.42±2.70%,去除TOC 12.92±3.30%,江水中可降解双酚A 44.59±3.98%,去除TOC 9.09±2.33%。体系效能在真实水体中会被抑制,原因是真实水体中天然TOC物质会与双酚A竞争,并且复杂体系中有物质抑制了催化氧化体系。本课题探讨高碘酸盐与异质金属氧化物结合的体系机制,并为该方法在实际水体中的应用提供理论基础。
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