摘要
过硫酸氢钾(peroxymonosulfate，PMS)作为氧化剂的高级氧化技术(Advanced oxidation processes，AOPs)被广泛用于废水处理，改性后的复合型催化剂对过硫酸氢钾具有优异的催化性能，一直是高级氧化技术应用的研究热点。其中生物炭催化剂制备简单、催化效果好且表现出良好的稳定性，因此制备了一种生物炭活化过硫酸氢钾降解废水并考察该生物炭在降解反应中的性能。实验过程中发现碱性条件下生物炭活化过硫酸氢钾速率快，为了进一步研究碱性条件对降解反应的影响，另外选择具有酸性的杂多酸作催化剂用于活化过硫酸氢钾降解亚甲基蓝。杂多酸是一种应用广泛的催化剂，近年来兴起众多利用杂多酸与其他物理方式联合降解废水的研究，与生物炭催化剂对照，考察杂多酸在降解反应中的催化性能，监测在碱性条件下进行的降解过程，为高级氧化技术中催化剂的制备与利用提供参考。 以银杏叶为原料制备的生物炭性能优于其他生物炭，因此选择银杏叶作为炭源，三聚氰胺作为氮源物制备了生物炭(NGBBC)，用于激活氧化剂PMS，降解亚甲基蓝(Methylene Blue，MB)。对生物炭进行结构与成分表征，考察不同条件对降解效果的影响，探究降解机理；同样制备杂多酸用于降解反应，探究不同条件对杂多酸催化降解体系的影响，确定活性物种并进行机理探究。 首先以银杏叶为原材料制备生物炭催化PMS降解亚甲基蓝，通过初步对照实验确定最优生物炭制备条件。考察了降解反应中亚甲基蓝初始浓度、生物炭投加量、氧化剂浓度、温度和pH的影响。根据实验结果，确定了最优反应条件：MB初始浓度为50mg/L、生物炭投加量0.50g/L、PMS浓度0.50g/L、实验温度为25℃，保持初始pH，MB在该条件下处理60min可实现99.32%的降解率。向降解体系中加入NO3-、HCO3-、Cl-考察阴离子对降解过程的影响，生物炭催化氧化体系受离子影响较小，在不同离子浓度下亚甲基蓝降解率均维持在90%以上。 进行自由基淬灭实验确定了生物炭催化体系的活性物种为SO4·-和·OH，分析生物炭在催化反应前后的元素状态变化进而确定主要的活性位点，进行电化学测试验证生物炭氧化体系中的电子转移过程，确定了该体系中自由基途径与非自由基途径的协同作用，气相质谱分析确定亚甲基蓝在生物炭氧化体系中降解生成的中间体，通过总有机碳测试考察MB氧化效果，探究亚甲基蓝降解的可能路径。 然后制备杂多酸(Heteropoly Acids，HPA)作为酸性催化剂用于过硫酸氢钾降解亚甲基蓝，同样进行影响因素实验考察了降解效果，考察不同条件对杂多酸催化体系降解效果的影响；向氧化反应中加入无机阴离子测试离子对HPA催化降解亚甲基蓝的影响。进行淬灭实验确定杂多酸催化体系的自由基活性物种，结果表明HPA催化PMS降解亚甲基蓝的主要自由基为1O2，结合MB在HPA/PMS体系中降解过程的紫外光谱扫描及气相质谱分析探究了杂多酸体系降解亚甲基蓝的机制。 在上述两种体系降解MB影响因素实验中观察到碱性条件对MB降解的显著影响，因此在碱性条件下进行亚甲基蓝降解研究实验，探究碱性条件下MB的降解机制。 综上所述，本论文用生物炭和杂多酸两种催化剂催化PMS降解亚甲基蓝，进行降解性能实验考察不同条件下亚甲基蓝在两种催化氧化体系中的降解效果，探究MB在不同催化氧化体系中的降解机制及MB可能的降解路径，为染料废水降解处理中催化剂的制备与应用提供参考依据。
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