摘要
苯酚废水是一种典型的难降解工业废水，如果处理不当，会对人体、动植物乃至整个生态环境产生不利影响。近年来，高级氧化技术（AdvancedOxidationProcesses，AOPs）凭借其降解效率快、矿化程度高以及反应条件温和等优势脱颖而出。相比于羟基自由基（HO·），基于硫酸根自由基（SO4·-）的AOPs因其反应过程中产生的SO4·-具有更长的半衰期、更高的氧化还原电位、更广的pH使用范围和更高的矿化程度等诸多优势而被广泛应用。层状双金属氢氧化物（LayeredDoubleHydroxide，LDHs）针对过一硫酸盐（PMS）有较好的活化性能，对大多数难降解污染物均具有较高的降解效果且稳定程度较高。而LDHs经过一定温度的焙烧后脱去层间的结晶水和阴离子，最终形成具有高分散性的层状双金属氧化物（LDOs）。LDOs保留了LDHs独特的层状结构，还具有比表面积更大、活性位点分布更均匀、稳定性更好等优点，现在也逐渐应用于污水治理领域。 本研究将钴铁铜元素作为基础材料，成功制备出层状双金属（氢）氧化物，构建了Co2Fe3Cu4-LDHs/PMS和Co2Fe3Cu4-LDOs/PMS体系分别应用于苯酚废水的降解研究。具体研究内容与结果如下： （1）采用共沉淀法制备Co2Fe3Cu4-LDHs催化剂。并通过扫描电子显微镜（Scanningelectronmicroscope，SEM）、X射线衍射（X-raydiffraction，XRD）、傅里叶转换红外光谱（FourierTransformInfraredSpectrometer，FT-IR）、比表面及孔隙度分析仪（Brunauer-Emmett-Teller，BET）和热重分析（Thermogravimetricanalysis,TG-DTG）等表征技术对其晶型和物相组成等微观结构进行了分析。之后构建Co2Fe3Cu4-LDHs/PMS体系，以苯酚为目标污染物，进行了一系列的降解实验以探究整个体系对苯酚的降解能力及最适的反应条件。最后结合自由基淬灭实验及X射线光电子能谱（X-rayphotoelectronspectroscopy，XPS）表征结果对反应催化机理进行初步探讨。表征结果表明，本研究已成功制备出形貌规则、高纯度的Co2Fe3Cu4-LDHs催化剂。降解实验表明，该氧化体系对苯酚有着较高的降解能力。在室温下，pH=7.0，氧化剂PMS浓度为1.50mmol/L，催化剂Co2Fe3Cu4-LDHs投加量为0.20g/L的条件下，反应40min苯酚得以完全降解（100.00%）。同时在表现出良好的稳定性和重复利用性。自由基淬灭实验表明，反应过程中同时产生HO·和SO4·-自由基，其中SO4·-为主要的活性自由基，同时结合XPS分析证实了催化机制中协同机制的存在。 （2）研究了过渡金属比例、沉淀剂中碱比例、制备体系pH值、老化时间、老化温度以及焙烧温度等因素对催化剂自身微观结构及催化活性的影响，进而优化CoxFeyCuz-LDOs的制备条件。结果表明CoxFeyCuz-LDOs的最佳制备条件为：Co∶Fe∶Cu=2∶3∶4；NaOH∶Na2CO3=1∶3；制备体系pH为10.0；老化温度为60℃；老化时间为24h；焙烧温度为500℃。 （3）采用“共沉淀法+焙烧法”制备磁性非均相催化剂Co2Fe3Cu4-LDOs并通过对其形貌特征、磁性及其他物化性质等表征结果进行分析。构建Co2Fe3Cu4-LDOs/PMS体系进行苯酚废水的降解。研究表明，本实验成功制备出具有较大比表面积的磁性非均相催化剂。该体系对苯酚有较强的降解效果。在室温下，pH=7.0，氧化剂PMS浓度为2.50mmol/L，催化剂Co2Fe3Cu4-LDOs投加量为0.20g/L的条件下，反应60min内苯酚的去除率可达97.50%。同时通过重复利用实验和离子溶出测试证实Co2Fe3Cu4-LDOs具有良好的可重复利用性和稳定性，金属离子溶出也得到了一定程度的抑制。自由基淬灭实验和XPS表征结果表明，催化机制中存在Co/Fe/Cu的协同机制，反应过程中同时产生HO·和SO4·-自由基，其中SO4·-为主要的活性自由基。
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