摘要
高级催化氧化工艺由于具有氧化能力强、应用范围广等优势，在高效降解水中有机污染物方面应用潜力巨大。近年来，随着“绿色、高质量发展”成为发展主题，催化材料本身的环境友好性也受到越来越多的关注。在诸多催化材料中，天然矿物催化剂不仅储量丰富、廉价易得，而且环境友好，逐渐成为材料领域的“新宠”，在环境催化领域显示出巨大的应用前景。电气石因具有红外辐射效应、表面存在强静电场等而成为一种有前景的催化剂。采用电气石作为载体，既能改善活性组分的分散性问题，又可以增强电气石的自身的性能。为此，本论文以电气石矿物作为基体，在其表面负载氧化钨制备了二元复合催化材料，并在此基础上负载氧化铈，制备了三元复合催化材料，分别用于水中四环素和双酚A的催化氧化去除。研究了催化剂的结构、催化反应参数对光芬顿催化降解性能的影响，探究了催化反应路线并揭示了降解机理。主要研究内容和结果如下: （1）以电气石矿物为基体，采用简单的研磨煅烧法，在其表面负载氧化钨,制备了矿物基复合催化剂（命名为TW10）。研究结果表明，氧化钨粒子均匀负载到电气石颗粒上，电气石的晶体结构完好地保留在催化剂中。该催化剂在广泛的pH范围（3-12）内能够高效激活过氧单硫酸盐（PMS）产生活性自由基。TW10/PMS/Vis体系可以高效催化降解去离子水、黄河水、长江水和海水中94％～98.7％的四环素。TW10可以激活PMS,快速生成大量活性自由基，使其降解速率常数分别达到电气石、WO3-x和商用P25的1.65倍、5.569倍和2.38倍,在低浓度和高浓度溶液中均能有效降解抗生素，具有很大的应用潜力。经过连续4个催化循环后，TC的降解率保持在90％。并通过淬灭实验、EPR、XPS和LC-MS分析阐明了催化剂对TC的降解机理和降解途径。本研究为设计和开发新一代高效、绿色去除水中有机污染物的催化剂提供了新的思路。 (2)为了增强TW10对双酚A类污染物的催化降解性能，将氧化铈纳米粒子负载到TW10上合成一系列异质结构三元复合光芬顿催化剂。研究了三元复合催化材料催化氧化去除水体中双酚A(BPA)的性能、实际应用能力以及降解机理。实验证明，在双酚A溶液浓度为10mg/L,催化剂用量为0.05g/L,PMS浓度为2.0mM的条件下，在90min内双酚A的降解率达99％,而电气石/氧化钨(TW)和商用P25催化剂的最终降解率分别仅为61.14％和71.56％。该三元复合催化材料对BPA降解性能的增强可归因于氧化铈与氧化钨之间形成了n-n异质结，延缓了光生电子-空穴对的快速重组，最终加速了Ce(Ⅲ)/Ce(Ⅳ)、Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)以及W(Ⅴ)/W(Ⅳ)之间的氧化还原循环。淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)测试表明，·OH、SO4·-、O2·-、1O2和e-所有这些共同导致了双酚A降解。采用XRD、FTIR、TEM、XPS、i-t、EIS技术对催化材料进行了表征。并通过LC-MS分析，研究了光降解产物的潜在结构，阐释了催化反应机理。
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