摘要
印染有机废水具有色度高、毒性大、成分复杂、难降解等特点，印染废水的降解可通过高级氧化法(AOPs)进行去除。而基于过一硫酸盐(PMS)的高级氧化技术降解效果佳，成为了国内国际学者研究的热点。活化PMS的主要方法有热、碱、紫外线(UV)、超声波和过渡金属等方法，其中过渡金属活化具有成本低、高效的特点。常用的过渡金属有钴、铜、锰、铁及其复合材料，铁基催化剂因其低毒、低成本而成为更优的选择。氧基氯化铁(FeOCl)是一种典型的二维层状金属氯氧化物，具有高催化性能。本课题研究FeOCl及其Mn掺杂改性材料的催化氧化性能。为了解决纳米催化剂在水处理过程中回收困难和金属离子浸出导致二次污染等问题，本论文将纳米催化材料负载于膜基质中构建Mn-FeOCl/PVDF复合膜，研究其对酸性红B（ARB）的催化降解性能，不仅较好解决了上述问题，还有利于催化剂的重复利用： (1)FeOCl催化剂研究：采用部分热解法制备FeOCl催化剂活化过一硫酸盐(PMS)降解偶氮染料酸性红B(ARB)的性能。利用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射光谱(XRD)对材料进行了表征；探究了不同因素对FeOCl/PMS体系降解ARB的影响。得出如下结论：FeOCl属于典型的斜方晶系，片层结构厚度为70-150nm。FeOCl能够有效活化PMS和PDS，且FeOCl/PMS对ARB的催化降解效率为FeOCl/PDS体系的1倍。ARB的去除率随着FeOCl的增加而增大；与PMS浓度也呈现正相关：当PMS浓度为0.5mmol/L时，ARB的去除率为41.9%；增加到5mmol/L，其去除率增加至92.0%；随着pH的增加，ARB的降解效率也不断提高。通过甲醇和叔丁醇进行自由基捕获实验，确定FeOCl/PMS反应体系中主要的活性物质是SO4·-和·OH，其中SO4·-占主导地位。FeOCl催化剂在连续循环三次之后催化氧化效率从87.5%降低至70.1%。 (2)改性FeOCl研究：通过部分热解法合成Mn-FeOCl，用XPS、SEM、TEM、XRD对材料进行了表征；探究了Mn-FeOCl材料投加量、PMS浓度、初始pH值、Cl-离子以及腐殖酸(HA)对Mn-FeOCl/PMS体系降解ARB的影响。结果表明：Mn-FeOCl活化PMS降解ARB的效果良好，矿化率达42.5%。在最佳条件下(Mn-FeOCl：0.1g/L、PMS：1mmol/L)0.05mmol/L的ARB在30min去除率为99.5%。随PMS投加量、Mn-FeOCl投加量、Cl-离子浓度和初始pH值的增加，ARB的脱色效果不断提高。此外，通过自由基猝灭实验和XPS分析了反应机理，PMS活化产生了·OH和SO4·，其中SO4·为主要活性物种。Mn-FeOCl循环使用的稳定性有待提高。 (3)Mn-FeOCl/PVDF复合膜研究：为了提高催化剂的稳定性和应用性，将Mn-FeOCl催化剂与PVDF膜复合，用异相入侵法制备出Mn-FeOCl/PVDF复合膜，用XPS、SEM、XRD等对复合膜进行表征，探究了过一硫酸盐（PMS）的活化性能以及重复使用性能，比较了Mn-FeOCl催化剂及其复合膜的金属离子浸出特性。结果表明，Mn-FeOCl/PVDF复合膜能够活化PMS降解ARB，并具有良好的脱色效果和矿化作用；Mn-FeOCl/PVDF复合膜具有良好的亲水性，Fe、Mn金属浸出量分别为0.0153mg/L和0.0201mg/L，远低于Mn-FeOCl催化剂；复合膜连续使用5次后对ARB去除效率仍然超过90%，表现出良好的重复使用性，还具有操作简便、易于分离等特点。
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