两种钴基纳米复合材料的制备及其催化活化单过硫酸盐降解污染物的应用研究

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经济社会的快速发展带来了一系列的环境问题。其中水污染日益严峻,随着科技的进步,我们从水中检测到的有机污染物种类越来越多,也受到了越来越多的关注。众所周知,青霉素是20世纪科学史上最伟大的发现之一,也是第一种被发现的抗生素。抗生素被广泛的应用于医疗、农业和畜牧业中。随着抗生素的大量使用,导致各种设施(如污水处理厂、农场和医院)不断排放抗生素到水环境中,对饮用水安全和生态安全造成潜在危害,为了解决水环境中抗生素污染的问题,越来越多的研究关注水中抗生素的高效去除。基于此背景,本研究制备了两种纳米复合材料应用于水中抗生素的去除。
  本文研究的主要内容包括以下两个部分:
  (1)石墨相氮化碳负载普鲁士蓝类似物的合成及其光辅助活化PMS降解甲硝唑
  将三聚氰酸、三聚氰胺和聚乙烯亚胺分散到水溶液中得到氮化碳前驱体,用十二烷基苯磺酸钠、四水合乙酸钴反应得到的钴氰酸钴普鲁士蓝类似物,将普鲁士蓝类似物和氮化碳以1:12.5的质量比配成溶液混合后,放入管式炉中煅烧得到普鲁士蓝类似物负载的石墨相氮化碳(PB-Co-g-C3N4)。通过一系列的表征如SEM、TEM来观察分析材料的形貌和结构,用XRD、XPS等表征方法来分析材料的晶体结构、元素组成和化合价。在可见光下,以甲硝唑(MTZ)为目标污染物来探究材料的光催化降解的性能。实验研究发现PB-Co-g-C3N4降解甲硝唑的效果比纯的g-C3N4降解效果显著提高。本实验进一步探究了初始溶液的pH值、不同材料、氧化剂量的浓度、催化剂量的浓度等对降解MTZ废水的影响,PB-Co-g-C3N4对MTZ最佳的降解条件:pH=6,催化剂浓度为0.2g/L,PMS的浓度为0.4g/L,MTZ的浓度为20mg/L,在15min时PB-Co-g-C3N4对MTZ的降解效率能高达98%,并且PB-Co-g-C3N4材料具有优异的循环和稳定性能。
  (2)CB-NR-Co纳米材料的合成及活化PMS降解磺胺甲恶唑
  将整块的墨鱼骨切成小块、水洗、煮沸、烘干和研磨,得到的墨鱼骨粉末再吸附模拟被中性红染料和重金属Co污染的废水,抽滤、烘干得到红色粉末,放在管式炉中煅烧,获得一个新型的纳米复合材料(CB-NR-Co)。通过SEM、TEM表征来观察材料的形貌结构特征,使用XRD、XPS等表征手段来分析材料的晶体组成和元素组成以及价态。以SMX为目标污染物,用CB-NR-Co材料催化降解SMX来探究CB-NR-Co的性能。本实验探究了初始溶液的pH值、不同材料、催化剂量的浓度、氧化剂量的浓度等对降解SMX废水的影响,得到它的最佳降解条件是:pH=8,催化剂浓度为0.3g/L,PMS浓度为0.3g/L,SMX浓度为20mg/L,在15min时CB-NR-Co对SMX的降解效率能高达99.8%,最终能降解完全。最后通过5次循环实验验证该材料的循环性能,实验结果表示该材料具有良好的稳定性和可重复利用性。
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