摘要
双酚AF是一种可以与人和动物激素受体结合的内分泌干扰物质，属于比较难降解的有机污染物。近年来，针对双酚类化合物降解的研究已经引起了不少学者的关注。其中，高铁酸盐氧化技术以其绿色、高效的优越性能，成为了一种降解水体中双酚AF的有效选择。然而，高铁酸盐的高选择性、易分解性以及在碱性条件下较低的氧化能力，限制了高铁酸盐在降解有机污染物领域的应用。而碳基复合材料以其低成本、优良的催化性能以及可塑性等优势，常被用于催化氧化反应，提升反应体系的氧化性能。因此，本文提出了生物炭负载铁锌金属复合材料活化高铁酸盐去除水体中的有机物污染物。 本研究首先通过共沉淀法创新性地制备了碳基金属复合催化剂Fe/Zn-BC，并利用XRD、XPS、SEM-EDS、FTIR等表征实验对合成材料进行观测分析。此外，在相同的实验条件下对比Fe/Zn-BC+Fe(Ⅵ)体系与仅Fe/Zn-BC、仅Fe(Ⅵ)、BC+Fe(Ⅵ)三个体系的降解效果，证明了Fe/Zn-BC具有活化Fe(Ⅵ)降解有机污染物的优良性能。在[Fe/Zn-BC]0=0.1g/L、[Fe(Ⅵ)]0=200μM、[BPAF]0=40μM、InitialpH=7、T=25℃的标准条件下，进行拟一级动力学拟合，发现存在明显的分段现象。通过对比在不同的反应条件下Fe/Zn-BC+Fe(Ⅵ)体系对BPAF的降解效果，发现Fe/Zn-BC投加量、Fe(Ⅵ)初始浓度、初始pH值、反应温度等皆会影响Fe/Zn-BC+Fe(Ⅵ)体系对有机污染物的降解能力，并逐条分析了原因。还研究了水体中常见成分如无机阴离子(Cl-、SO42-、NO3-和CO32-)和腐殖酸对Fe/Zn-BC+Fe(Ⅵ)体系降解BPAF效能的影响，实验结果显示Cl-、SO42-、CO32-、HA等会不同程度地抑制降解效果，而NO3-的存在对反应无明显影响。 通过将甲基苯基亚砜(PMSO )作为探针进行活性氧化物种侦测实验，确定了Fe/Zn-BC+Fe(Ⅵ)体系中的活性氧化物种为中间价态铁(Fe(Ⅴ)、Fe(Ⅳ))，并排除了羟基自由基和硫酸根自由基存在的可能性。探究了Fe/Zn-BC+Fe(Ⅵ)体系去除BPAF过程的反应机理：推理了中间价态铁产生的三种途径，分别为Fe(Ⅵ)与水发生反应从而自分解、Fe/Zn-BC催化Fe(Ⅵ)在水中的自分解反应以及Fe/Zn-BC与Fe(Ⅵ)发生反应，通过单电子或双电子转移生成中间价态铁；而BPAF的降解由Fe(Ⅵ)本身以及Fe(Ⅴ)、Fe(Ⅳ)共同完成。此外，还探究了分段现象产生的原因，发现反应过程中pH值的变化会导致拟一级动力学拟合出现分段现象。 最后，通过对比Fe(Ⅵ)+Fe/Zn-BC体系与仅Fe(Ⅵ)体系在不同pH条件下对BPAF的降解效果，发现Fe/Zn-BC在碱性条件下依旧对Fe(Ⅵ)具备较强的活化能力。此外，通过回收实验，验证了Fe/Zn-BC具有较好的连续使用能力。因此，Fe(Ⅵ)+Fe/Zn-BC体系在降解有机污染物领域具有一定的实际应用潜力。
NETL