摘要
双酚A (BPA)作为聚碳酸酯塑料和环氧树脂必不可少的中间体原料，广泛应用于电子产品、汽车、水瓶和食品包装。相关研究数据表明，每年大约有100万磅含有BPA的工业废水排放到自然环境中。BPA即使在极低的浓度下也具有内分泌干扰特征和较高毒性，可以影响人体激素分泌功能和损害生殖系统，因此，如何去除水环境中的BPA一直是研究的热点与难点。传统的BPA降解技术往往会存在去除效率有限、操作复杂和二次污染等问题。近些年来，基于过硫酸盐体系的高级氧化技术在去除BPA方面呈现了高效率，高稳定性和成本低等优势，其原理是利用催化剂活化过硫酸盐产生活性物种对有BPA进行攻击，使其变成小分子直至完全矿化。本文开展的研究以高效稳定降解BPA为出发点，设计合成了CoFe2O4基复合催化剂活化过一硫酸盐(PMS)降解污染物，系统的探索了PMS活化机制，分析了BPA的降解途径，实现了对BPA的高效稳定去除。主要研究结果如下: (1)基于PMS的活化机理，通过溶剂热法制备出CuFe2O4-CoFe2O4 (CCF)复合金属氧化物催化剂。探究了不同PMS浓度、pH、催化剂用量和共存离子对BPA降解效率的影响。当CCF的投加量为0.2 g/L时，20 mg/L的BPA去除率为99.3％，矿化率为72.5％，与单独钴基(CNs)催化剂相比，CCF降解过程中的金属浸出量要低得多。CCF优异的催化活性和稳定性归因于Co2+/Co3+、Cu+/Cu2+和Fe2+/Fe3+氧化还原循环的协同作用。通过自由基清除实验和电子顺磁共振(EPR)检测到SO4·-和·OH，而SO4·-对BPA的降解起主导作用。CCF+PMS体系具有良好的稳定性和适用性，5次循环使用后BPA的降解效率可保持在81％以上。进一步，通过LC-MS分析了BPA的降解途径，并结合ECOSAR模型和活性抑制实验预测了BPA及其氧化中间体的毒性，提出了CCF活化PMS降解BPA的反应机理。 (2)为了进一步提高BPA的降解效率，以黄豆为碳源通过热解法制备出氮掺杂碳材料(NC)，设计制备出CoFe2O4负载于NC上的复合催化剂。通过调控CoFe2O4负载量制备出不同的CoFe2O4@NCx催化剂，其中CoFe2O4@NC50对BPA具有最高的去除效率，0.1 g/L CoFe2O4@NC50可在30 min内对20 mg/L的BPA完全去除。NC具有高比表面积和多孔结构，增强了对BPA的富集效果并有效的抑制了钴离子的浸出。XPS分析表明吡啶N、石墨N和Fe3+/Fe2+和Co3+/Co2+氧化还原循环在活化PMS生成活性物质中起着极其重要的作用。通过淬灭实验、电子顺磁共振光谱仪和电化学分析，在CoFe2O4@NC50+PMS体系中既有自由基（SO4·-、·OH和O2·-），也有非自由基(1O2)参与的反应，以及PMS（或BPA）与NC的界面相互作用产生电子转移的协同效应，加快了BPA的降解。
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