Fe3O4@MoS2量子点光辅助芬顿技术处理四环素废水的研究

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近年来,以四环素为代表的抗生素类物质对环境的影响备受关注,对环境中四环素类抗生素的去除问题已然成为当下重要的环境问题之一。本文为有效降解高浓度四环素有机废水,采用水热法成功制备出多面体Fe3O4(文中无特别说明简称Fe3O4)和Fe3O4@MoS2量子点(由Fe3O4@MoS2QDs表示)复合催化剂。并在此基础上将多种高级氧化技术联合使用,建立UV光助类Fenton催化氧化及可见光催化与类Fenton协同催化氧化两种光-类Fenton催化氧化体系。两体系均可有效处理四环素有机废水。通过XRD、XPS、SEM、TEM、VSM、交流阻抗等手段对Fe3O4样品的组成、形貌、结构、磁性、电化学性质等属性进行表征。材料暴露出的高能晶面占比大、粒径小、比表面积大,可通过外加磁场回收再利用,结构及化学稳定性强。以此材料为催化剂建立以四环素模拟废水为目标污染物的紫外光助类Fenton催化氧化体系。室温条件下(20±1℃),实验最佳条件为:初始四环素浓度为50mg/L,pH为7.0,H2O2投加量为10 mmol/L,催化剂投加量为0.3g/L,体系反应90 min后,四环素的降解率可达97.5%,120 min后的矿化率为56.5%。5次循环后催化剂降解效率仍可达91.7%。通过ESR检测出氧化体系含有羟基自由基·OH和超氧自由基O2·-。为拓宽催化剂受激发的光谱范围,提高自然光使用效率,以Fe3O4为基础通过水热法合成Fe3O4@MoS2 QDs复合催化剂。通过XRD、XPS、SEM、TEM等表征手段对复合催化剂进行了组成、结构、形貌等分析。制备的样品Fe3O4粒径更小且更分散,Fe3O4与MoS2形成异质结。Fe3O4@MoS2 QDs复合催化剂的可见光催化协同类Fenton催化体系反应60 min后,四环素降解率可达98.6%,120 min后矿化率为65.8%。在相同的反应条件下,Fe3O4@MoS2QDs可见光催化协同类Fenton体系对四环素的去除率和矿化度明显高于其他体系,证明光催化剂的引入可提升体系的氧化能力。为探讨体系的氧化机理,对体系进行了ESR分析和自由基淬灭实验,结果表明:紫外光助类Fenton催化氧化体系和Fe3O4@MoS2QDs可见光催化协同类Fenton体系中均含有羟基自由基·OH和超氧自由基O2·-,但反应体系主要是由·OH主导;在Fe3O4@MoS2QDs可见光催化协同类Fenton体系中光生空穴h+的存在促进了体系的降解效果。
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