论文部分内容阅读
作为一种能有效降解水中难降解有机物的替代方案,基于硫酸根自由基的高级氧化技术（SR-AOPs）由于避免了芬顿反应及其衍生反应的固有缺陷而越来越受到人们的关注。在过硫酸盐的众多活化方法中,钴活化产生硫酸根自由基的方法被广泛研究。现存的载钴催化剂具有钴利用率不高、制备工艺繁琐和钴泄漏严重等问题。鉴于此,本课题拟通过优化水热反应条件制备经济高效的非均相钴基催化剂,既能从一定程度上克服上述缺点,又能催化过硫酸盐并高效去除目标污染物。本实验以乙酰丙酮钴为前驱物、SiO2纳米球为模板剂,在反应温度为180℃、反应时间为12h的条件下,通过一步水热法制得钴基中空球。经表征分析可知,所制备的钴基中空球的成分为碱式硅酸钴,其化学式为Co3（Si2O5）2（OH）2,纯度高。SiO2模板剂的投加量对催化剂的形貌结构和物化性质影响很大。随着模板剂投量增加,形貌由介孔球转变为中空球,比表面积和单位孔容增大,钴含量降低。CSH-80的比表面积高达492 m2/g,单位孔容为1.632 cm3/g,钴含量为21.7%。在实验所构建的过硫酸盐高级氧化体系中,罗丹明B浓度为100 mg/L,催化剂投加量为0.1 g/L,PMS投加量为0.35 mmol/L,p H为7.0±0.2,温度为20±1℃。研究发现,中空球CSH-80不仅具有较高的效能和最低的钴泄漏量,还保持着良好的循环稳定性和结构稳定性。中空球催化PMS降解罗丹明B的效能易受到相关因素影响,具体表现为:罗丹明B浓度增大,效能降低;催化剂和PMS投加量增大,效能升高;反应温度升高（20至40℃范围内）,去除率几乎不变;中性p H更适合PMS@CSH-80体系;腐殖酸的存在会降低降解效能。此外,在降解不同种类的典型有机微污染物时及在天然水体中应用时,PMS@CSH-80体系均有非常好的降解效果,具备推广到实际水处理工程中的潜力。最后,通过实验证明了PMS@CSH-80体系中非均相催化剂的表面催化机理起主导作用,吸附去除机理和钴离子催化机理仅起辅助作用。同时,通过检测分析探明了体系中主要的氧化活性物为硫酸根自由基（SO4·-）,推断了PMS@CSH-80体系降解罗丹明B的催化氧化机制。