摘要
有机染料和重金属是印染废水中最典型的污染物类型，具有强毒性和高稳定性的特点，一旦流失进入水体不仅可能影响水生生态系统，而且严重威胁着人类健康。因此，如何高效处理印染废水中的有机染料和重金属一直是环境工程领域的研究热点。吸附法适用于有机染料和重金属的去除，且具有成本低以及工艺设计和操作简单等优点。然而，吸附法去除污染物仅是由液相到固相的转移且吸附剂再生易造成二次污染。相比而言，过一硫酸盐高级氧化法可以实现对有机染料的降解处理，但溶液中共存杂质离子会使自由基失活以及无法去除共存重金属污染物。因此，本论文利用海泡石为基底负载纳米尖晶石铁氧体，并以有机官能团丰富且环境友好的聚多巴胺为改性剂，制备了具有吸附和催化性能的海泡石基三元复合材料。期望实现吸附法和过一硫酸盐高级氧化法的联用，克服单一方法处理污染物的局限性。本论文主要研究结论如下： （1）选择理论上具有较高活性的CoFe2O4为催化剂，采用水热合成法和多巴胺氧化自聚法制备了聚多巴胺改性的CoFe2O4/海泡石复合材料（PDA/CoFe2O4/SEP），并研究了其对结晶紫（Crystal Violet, CV）和孔雀石绿（Malachite Green, MG）的去除性能和机制。复合材料的表征结果发现，三元复合材料中纤维结构的海泡石为 CoFe2O4提供了负载位点，抑制了纳米颗粒的团聚，同时聚多巴胺引入了邻苯二酚和胺基等功能基团，更有利于增强复合材料对有机染料的去除性能。与单一和二元材料相比， PDA/CoFe2O4/SEP 表现出更强的吸附性能，其对 CV 和 MG 的最大吸附量分别达到774.1和391.3 mg/g。将吸附CV或MG的PDA/CoFe2O4/SEP置于1 g/L的PMS溶液中，在 10 min 内可同时实现解吸至溶液中有机染料的催化降解和复合材料的再生。经 5 次吸附-降解循环实验，PDA/CoFe2O4/SEP的再生效率仍然保持在80%以上，具有良好的可重复利用性。PDA/CoFe2O4/SEP与CV和MG分子之间存在静电作用、π-π作用和氢键作用等吸附机制，复合材料中CoFe2O4与PDA可协同催化PMS产生强氧化性自由基实现对CV和MG的降解去除。综上可知，PDA/CoFe2O4/SEP是一种兼具吸附性和活化PMS的双重功能纳米复合材料，具备处理实际废水中有机染料的潜力。 （2）由于含重金属铬媒染剂等材料的使用，废水中有机染料和 Cr(Ⅵ)难免共存。为了同时高效去除水体中的有机染料和 Cr(Ⅵ)，采用微波辅助共沉淀法和多巴胺氧化自聚法制备了聚多巴胺改性的 Fe3O4/海泡石的纳米复合材料（PDA/Fe3O4/SEP），并研究了其对结晶紫（Crystal Violet, CV）、刚果红（Congo Red, CR）和Cr(Ⅵ)等不同类型污染物的去除性能和机制。单一污染物体系下，PDA/Fe3O4/SEP对CV、CR和Cr(Ⅵ)的最大吸附量可达到 409.6、257.8 和 16.8 mg/g。在多元污染物共存体系下， PDA/Fe3O4/SEP对CR和Cr(Ⅵ)的吸附量有所增加，仅对CV的吸附量略有下降，表明复合材料具有较强的适应性。将吸附有机染料后的PDA/Fe3O4/SEP置于PMS溶液的降解实验发现，单一污染物体系下CV的降解速率低于CR；在Cr(Ⅵ)共存的多元体系下,降解溶液中有机染料的残留浓度略高于单一体系，这可能是因为共存污染物 Cr(Ⅵ)不可逆地占据了PDA/Fe3O4/SEP的部分活性位点。经5次吸附-降解循环实验，单一体系下PDA/Fe3O4/SEP的再生效率仍然保持在75%以上。PDA/Fe3O4/SEP对CV、CR和Cr(Ⅵ)的去除机理主要包括静电作用、π?π作用、氢键作用、螯合作用、络合作用和还原作用。PDA/Fe3O4/SEP可以催化PMS产生强氧化性自由基实现对有机染料吸附质的降解去除。综上可知，PDA/Fe3O4/SEP 是一种兼具还原、吸附和活化 PMS 性能的环境功能材料，有望应用于同时处理废水中的有机染料和Cr(Ⅵ)。
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