摘要
药品及个人护理用品（PharmaceuticalsandPersonalCareProducts，PPCPs）是一种难处理的新兴环境污染物，其种类繁多，广泛存在于水环境中，对水资源保护和循环利用造成了严重的安全隐患。基于铁基生物炭的吸附法和铁基生物炭活化过硫酸盐(Persulfate，PS)技术对去除水体中难降解的有机污染物具有良好的处理效果。针对生物炭难以回收重复利用，本研究利用微波辅助沉淀法制备了纳米三氧化二铁负载花生壳磁性生物炭(MMBC)，研究复合材料的均匀分散性和回收性及对典型抗生素环丙沙星(Ciprofloxacin，CIP)的吸附性能与机理;针对生物炭对PS活化效率不高，本研究制备了纳米零价铁负载花生壳生物炭(nZVI/BC)和亚纳米铜掺杂羟基氧化铁负载花生壳生物炭(Cu-FeOOH/BC)，探讨nZVI/BC对PS活化降解泛影酸(Diatrizoate，DTZ)效能及影响因素，分析了nZVI/BC对PS的活化机理;鉴定了Cu-FeOOH/BC活化PS自由基，讨论四环素（Tetracycline，TC）降解的中间产物，阐明了Cu-FeOOH/BC活化PS降解TC的反应机理。具体的研究内容如下: (1)以农业废弃物花生壳为生物质来源，采用微波辅助传统化学沉淀法制成高性能、低成本的磁性生物炭复合材料—钠米三氧化二铁负载花生壳生物炭(MMBC)。微波辐照增大了原生生物炭的比表面积和孔隙体积，提高了铁氧化物在生物炭表面的分散程度。此外，微波效应使三氧化二铁颗粒与生物炭表面结合牢固，增强了吸附剂的磁性，有利于吸附剂的反复多次使用。在最佳pH6.0条件下，微波辅助合成的磁性生物炭对CIP的吸附量为8.30mg/g，高于传统化学共沉淀法制备的吸附剂(4.50mg/g)。溶液离子SO42-和PO43-分别促进和抑制了吸附剂对CIP的吸附性能。5次循环实验表明，微波辅助合成的磁性生物炭性质更稳定，对水体中CIP的吸附量更高、可重复利用性更强。 (2)利用花生壳生物炭负载纳米零价铁，成功制备nZVI/BC复合材料，解决了nZVI颗粒团聚的问题，提高了PS活化效率，促进了水体中DTZ的降解。实验表明复合材料中nZVI与BC配比为1∶2时（nZVI/2BC），nZVI的分散性最好且比表面积最大，对PS的活化效率最高。在pH3.0和25℃条件下，0.45g/LnZVI/2BC与25mMPS组合对DTZ的去除率为100％。DTZ的去除在酸性pH为3.0～7.0时表现良好。pH3.0～pH11.0的自由基淬灭实验表明酸性条件下溶液中硫酸根自由基占主导优势，而在碱性条件下硫酸根自由基则转化成大量羟基自由基。通过考察Fe0、Fe2+和Fe3+之间的转运，探讨了nZVI/2BC活化PS的机理。 (3)采用一种简便易行的方法成功合成了铜掺杂羟基氧化铁—花生壳生物炭复合材料(Cu-FeOOH/BC)，双金属间的电子转移能够进一步提高PS活化效率。通过活化PS降解TC比较不同铜/铁摩尔比复合材料的活化性能，确定0.5Cu-1FeOOH/BC（Cu/Fe摩尔比为0.5∶1）为最佳活化材料，在pH7.0和25℃条件下，0.2g/L0.5Cu-1FeOOH/BC与20mMPS反应120min后对TC去除率达到98.0％。实验中分别考察了活化剂和PS用量、无机阴离子、pH等影响因素对0.5Cu-1FeOOH/BC-PS降解体系的影响。适当增加活化剂浓度和PS剂量可以提高TC的降解，但过量添加将抑制TC的去除。无机阴离子对TC去除的抑制强度为HCO3-＞Cl-＞HPO42-＞SO42-＞NO3-。活化剂具有良好的可回收性和稳定性，连续5次使用后TC的去除率仍保持在90％以上。TC分子在氧化性自由基SO4·-和HO·的轰击后，通过开环或中心碳开裂等方式裂解成小分子物质并最终矿化成二氧化碳和水等无机物。 铁基生物炭具有良好的吸附能力和重复回收利用性，可用于抗生素等药物的吸附去除;铁基生物炭与PS耦合形成硫酸根自由基高级氧化技术(SO4·--AOP)，可作为一种稳定有效的抗生素和碘代造影剂等药物废水治理技术。
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