摘要
与其它废水处理技术相比，芬顿催化技术具有环境友好、设备简单并且可以实现难降解有机污染物的完全矿化等优点。然而，芬顿体系中的Fe3+/Fe2+的转化效率受限、低pH值适用范围以及H2O2利用率低等缺点严重限制了芬顿技术的发展。因此，本课题针对上述所存在的问题，通过向类芬顿体系中引入具有还原性的MoS2作为助催化剂改进了均相类芬顿体系当中Fe3+/Fe2+转化过程受限的缺点，同时研究了MoS2的晶相结构对于反应过程的影响。之后，为了实现催化剂的回收利用，通过引入CuFe2O4制备了新型可磁回收1T/2H-MoS2/CuFe2O4复合催化剂，在非均相体系下通过活化PMS实现了有机污染物的高效降解，同时探究了MoS2与CuFe2O4在降解体系中的协同作用机制，并研究了MoS2的相变对有机污染物降解的影响及降解机理。PMS的引入可能会导致盐类超标，因此又制备了一种新型可磁回收Ag/CuFe2O4-OVs复合催化剂以实现H2O2的高效活化及有机污染物的快速降解，并提出了催化过程中的反应机理。得出如下结论: (1)利用SEM及EDX等表征证实了MoS2的成功制备，发现随着制备温度的升高MoS2花球生成更加充分，同时花球直径逐渐增大。利用TEM、XRD及XPS表征了MoS2相的转化，相比于2H-MoS2，1T-MoS2具有更加丰富的活性位点和更高的电导率，制备温度的升高使得1T-MoS2增多，但是过高的温度直接导致2H-MoS2的生成。结合XPS表征和苯酚降解实验证明了1T-MoS2具有更高的催化活性，温度为180℃时1T相含量最多，同时具有最佳的降解效率，20min内苯酚的降解率为91.14％。此外，MoS2/PMS/Fe3+体系对苯酚、罗丹明B、氧氟沙星展现出优异的降解性能及其循环稳定性。之后又通过活性物种捕捉实验证实了催化剂的主要活性物种为1O2、SO4·-,·OH也有所贡献。基于此，提出了MoS2/PMS/Fe3+体系的降解机理。结合XPS表征及催化体系中Fe2+浓度的变化表明MoS2良好的助催化性能，说明MoS2/Fe3+/PMS催化体系实现了Fe2+/Fe3+和Mo4+/Mo6+的高效氧化还原循环。 (2)在(1)的基础上成功制备了1T/2H-MoS2/CuFe2O4复合催化剂，在材料可以磁回收的基础上改善了体系当中Fe过量而造成的二次污染问题。同时，通过调控材料制备过程中的水热温度分析了MoS2的相结构对于反应体系的影响。结合XPS表征和苯酚降解实验发现MC-200催化性能最佳，20min内苯酚的降解率为95.8％,同时1T相含量最高，证明1T-MoS2可以有效促进Fe3+/Fe2+和Cu2+/Cu+在反应体系中的循环转化。最后，活性自由基捕获实验和电子自旋共振(ESR)结果表明，SO4·-是MC-200/PMS体系中的主要活性物质。本研究为MoS2/尖晶石铁氧体/PMS在废水处理中的应用提供了新的思路。 (3)采用酒石酸还原法制备了一种新型Ag/CuFe2O4-OVs复合催化剂并研究了其在H2O2芬顿体系中对于苯酚的降解性能。氧空位可以显著增强H2O2在缺陷部位的表面吸附，丰富的局部电子可以激活O-O的杂化反应，产生·OH。Ag的存在能够很大程度上增强电子的转移，使得催化剂活性进一步增强。通过XRD表征发现酒石酸处理过的铁酸铜出现单质Cu的峰，又通过电化学方法测量了催化剂的电导率，电化学阻抗谱测试表明和CuFe2O4及CuFe2O4-OVs相比，样品Ag/CuFe2O4-OVs具有最低的阻抗，结合苯酚降解效果成功证实了电子转移速度对于反应的重要性。综上，氧空位可以作为催化中心，通过单电子转移过程产生·OH，同时还可以加速体系中的电子转移，并协同Ag促进了Fe2+/Fe3+、Cu+/Cu2+的氧化还原循环，实现了污染物在H2O2类芬顿体系下的高速降解。
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