【摘 要】
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近年来,过一硫酸氢盐(PMS)活化技术作为一种新型的高级氧化技术广泛应用于污水处理领域。锰基材料因毒性低、丰度高等优势,是PMS活化的一种非常有前景的催化剂。简单锰氧化物如Mn O2,Mn2O3,Mn3O4等在反应过程中生成高价Mn物种向低价态转化效率过低,导致催化效率降低。本文以提高锰基材料催化效率为目标,构建锰基双金属催化剂活化PMS降解酚类有机物。本文主要研究内容如下:(1)制备了CuMnO
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近年来,过一硫酸氢盐(PMS)活化技术作为一种新型的高级氧化技术广泛应用于污水处理领域。锰基材料因毒性低、丰度高等优势,是PMS活化的一种非常有前景的催化剂。简单锰氧化物如Mn O2,Mn2O3,Mn3O4等在反应过程中生成高价Mn物种向低价态转化效率过低,导致催化效率降低。本文以提高锰基材料催化效率为目标,构建锰基双金属催化剂活化PMS降解酚类有机物。本文主要研究内容如下:(1)制备了CuMnO2纳米片用于活化PMS降解4-硝基酚(PNP)等等多种污染物。结果表明,CuMnO2表现出比其他Cu基催化剂(如Cu O、Cu2O、Cu Fe2O4和Cu Fe O2)更优异的催化活性。CuMnO2投加量0.2 g/L、PMS浓度0.65 m M、PNP初始浓度5 mg/L、温度25℃的反应条件下,CuMnO2/PMS体系在10 min内去除水中90%的PNP。该催化剂在连续使用四次后对PNP的去除率达到95%以上,并且表面形貌和结构几乎没发生改变。此外,通过化学猝灭实验和X射线光电子能谱(XPS)分析,由Cu(I)物种还原PMS产生的SO4-●和●OH,以及O2●-和~1O2,是CuMnO2/PMS体系的主要活性物质。通过X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR),电子顺磁共振(EPR)、线性扫描伏安法(LSV)及磷酸盐抑制实验证实了CuMnO2中高价Mn(III)作为路易斯酸位点抽取PMS的电子,导致Cu(I)更容易被PMS氧化为Cu(II)并形成自由基。(2)合成了一种不规则的莫来石型二元氧化物纳米颗粒YMn2O5,并用于活化PMS降解双酚A(BPA)等多种有机污染物。降解实验表明,催化剂用量0.2g/L、PMS浓度0.65 m M、BPA浓度20 mg/L、反应p H为8.2时,YMn2O5反应速率为1.41 mg·min-1·m-2,远高于单一锰氧化物如α-Mn O2(0.94)、γ-Mn O2(0.92)、β-Mn O2(0.48)和δ-Mn O2(0.49)。YMn2O5具有更高的催化性能,可归因于大量Olab作为主要活性位点。通过XPS、EPR和TG分析发现,YMn2O5中的表面吸附氧物种(Olab),比例高达39.7%,远高于单一锰氧化物。通过电化学测试发现,相比于其它Mn O2,YMn2O5有着更高的界面电导率和与PMS、底物之间更强的相互作用。化学猝灭实验、EPR和开路电位表明,BPA的去除主要是通过高反应性Olab-PMS配合物的直接电子转移过程引起的。以上结果表明,富集Olab物种的YMn2O5可用于高效活化PMS去除废水中难降解的有机化合物。
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