發(fā)布時間：2018-04-08 16:27

  本文選題：硫酸根自由基　切入點：銅鐵氧化物復合碳納米管　出處：《南京大學》2017年碩士論文

【摘要】：基于硫酸根自由基(SO_4~(·-))的高級氧化技術在有機污染物的降解中有著良好的應用前景。兩種典型氧化劑過硫酸鹽(PS)和過一硫酸鹽(PMS)易產生高反應活性的SO_4~(·-)(2.5-3.1V),高于羥基自由基(2.2-2.7V)的氧化性。且具有穩(wěn)定性好、利用率高、反應不受碳酸鹽和氯化物等無機鹽干擾等優(yōu)點。據(jù)報道銅鐵氧化物(CuFe_2O_4)可以高效催化活化氧化劑PMS,然而對于PS的激活作用研究較少。再者,通過引入共催化劑,可進一步提高CuFe_2O_4對于氧化劑的催化活化效率。因此,本研究著眼于銅鐵氧化物的復合催化劑的設計與合成,并研究了其在催化活化PS和PMS中的作用機理,最終成功地應用于氧化降解兩種典型環(huán)境內分泌干擾物鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)和2-苯基苯并咪唑-5-磺酸(PBSA)。(1)利用凝膠-混凝法將CuFe_2O_4負載到碳納米管上制備催化劑CuFe_2O_4/MWCNTs,并將其應用于DEP的催化降解。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、BET(Brunauer-Emmett-Teller)比表面積分析、X射線電子能譜學(XPS)、X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)等方法對催化劑進行性能表征。此外,系統(tǒng)研究催化PS降解DEP的多種影響因素(催化劑的負載量,PS濃度,溫度和pH)。實驗結果表明,CuFe_2O_4/MWCNTs在DEP去除過程中表現(xiàn)出較高的催化活性及可回收利用性。特別指出的是,利用原子吸收光譜檢測到CuFe_2O_4/MWCNTs在使用過程中的金屬離子溶出率極低(濃度0.4%),表明了該催化劑具有高穩(wěn)定性。電子順磁共振分析(EPR)確認了 CuFe_2O_4/MWCNTs能夠加快PS分解產生SO_4~(·-);淬滅實驗結果進一步證明了在該催化反應中SO_4~(·-)起主導作用。此外,通過對降解產物的鑒定提出了可能的降解路徑。(2)基于理性設計,利用共沉淀法負載CuFe_2O_4于氮和硫共摻雜的多壁碳納米管上,合成了催化劑NS-CNTs/CuFe_2O_4,并將其應用于催化PMS氧化PBSA(一種典型的防曬劑添加劑)。在本研究中,我們對此催化劑進行了系統(tǒng)地性能表征,包括SEM、TEM、BET比表面積分析、XPS、XRD、FT-IR等,進一步展示了其晶體結構,目標元素以及官能團的存在等。然后系統(tǒng)研究了該污染物的降解動力學,降解產物及可能的反應路徑,以及NS-CNTs/CuFe_2O_4催化PMS降解PBSA的機理。實驗結果表明該催化劑在催化PMS降解PBSA中具有良好的催化活性,穩(wěn)定性和可回收利用性。EPR和淬滅實驗結果表明PMS被NS-CNTs/CuFe_2O_4降解過程中SO_4~(·-)起到主導作用。此外,CuFe_2O_4與NS-CNTs在激活PMS過程中存在聯(lián)合的催化機制。最后,由LC-MS鑒別出PBSA的8種降解產物且進一步提出其降解路徑。總之,該研究為NS-CNTs/CuFe_2O_4催化PMS氧化PBSA提供了參考資料。
[Abstract]:Based on sulfate radical (SO_4~ (-)) advanced oxidation technology has good application prospects in the degradation of organic pollutants. Two typical oxidant persulfate (PS) and sulfate (PMS) is easy to produce the high activity of SO_4~ (-) (2.5-3.1V), higher than that of hydroxyl free radical (2.2-2.7V) oxidation. And it has good stability, high utilization rate, the advantages of the reaction against carbonate and chloride interference. According to reports of copper and iron oxide (CuFe_2O_4) can catalyze the activation of oxidant PMS, but for PS activation research. Furthermore, by introducing the co catalyst to further to improve the CuFe_2O_4 for catalytic oxidation of activated agent efficiency. Therefore, the design and synthesis of composite catalyst, this study focuses on copper and iron oxide, and studied its mechanism of activation of PS and PMS in catalysis, finally successfully applied to oxidative degradation of two The typical environmental endocrine disruptors phthalate two formic acid ethyl ester two (DEP) and 2- -5- phenylbenzimidazole sulfonic acid (PBSA). (1) coagulation method to load CuFe_2O_4 to the catalyst CuFe_2O_4/MWCNTs carbon nanotube by gel, and its application in the photocatalytic degradation of DEP. By using scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscope (TEM), BET (Brunauer-Emmett-Teller) surface area analysis, X - ray photoelectron spectroscopy (XPS), X ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) method of the catalyst. In addition, the effect of various factors on the catalytic degradation of PS system DEP (catalyst loading. The concentration of PS, temperature and pH). The experimental results show that the CuFe_2O_4/MWCNTs in the DEP removal process showed higher catalytic activity and Recyclable utilization. In particular, the absorption spectrum of CuFe_2O_4/MWCNTs is detected in the process of using atomic The metal ions in the dissolution rate is very low (0.4% concentration), show that the catalyst has high stability. Electron paramagnetic resonance (EPR) confirmed that CuFe_2O_4/MWCNTs can accelerate the decomposition of SO_4~ (PS -); quenching experiment results prove that the SO_4~ in the catalytic reaction of (-) play a leading role. In addition, through the identification of degradation products presents a possible degradation pathway. (2) based on the rational design, the use of multi walled carbon nanotube CuFe_2O_4 in nitrogen and sulfur doped co precipitation method, catalyst NS-CNTs/CuFe_2O_4 was synthesized and applied to catalyze the oxidation of PMS PBSA (a kind of typical sunscreen additives). In this study, we have characterized the performance system, including SEM, TEM, BET surface area analysis, XPS, XRD, FT-IR and so on, to further demonstrate its crystal structure, the target element and the existence of functional groups. Then system. The degradation kinetics of the pollutants, degradation products and the possible reaction paths, and the mechanism of NS-CNTs/CuFe_2O_4 catalytic degradation of PMS PBSA. The experimental results show that the catalyst has good catalytic activity in the catalytic degradation of PMS in PBSA, the stability and Recyclable use.EPR and quenching experiment results show that the PMS is SO_4~ NS-CNTs/CuFe_2O_4 in the degradation process (. -) play a leading role. In addition, CuFe_2O_4 and NS-CNTs are combined with the catalytic mechanism in the activation process of PMS. Finally, identified by LC-MS PBSA of the 8 kinds of degradation products and further put forward the degradation path. Overall, this study provides a reference for the oxidation of PMS NS-CNTs/CuFe_2O_4 PBSA.

【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X703;O643.36

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本文編號：1722403