摘要
随着工业的发展，大量难以降解的有机污染物被释放到自然界中，这给维护生态环境造成了巨大的压力，因此寻找可以有效应对难降解污染物的策略已迫在眉睫。非均相Fenton催化剂因其工艺简单、操作简便、具有温和的反应条件而渐渐得到重视，常用于有机污染物催化降解。因此，现阶段Fenton领域的关键焦点之一是其催化剂如何低成本制备及高效利用。 油页岩半焦(SC)作为提取页岩油过程中产生的一种固体废弃物，由于现阶段能够有效处理SC的途径较少，使得其大量地堆积在自然界中，这给环境的维护带来了巨大的压力。因此，增加SC的利用途径，改善SC堆积过剩的问题，以此缓解其对环境污染带来的压力，是许多学者研究的课题之一。本文以SC作为载体、草酸铁为负载相，分别利用水热法和浸渍法制备两种SC负载型非均相催化剂Fe(Ⅲ)?Oxalate/SC、Fe2(C2O4)3/SC，成功达到了“以废治废”的目的。通过XRD、FTIR、SEM、XPS等测试分析催化剂的微观形貌及化学组成；选取盐酸四环素(Tetracyclines，简写为TC)和孔雀石绿(MalachiteGreen，简写为MG)及亚甲基蓝(MethyleneBlue，简写为MB)为降解目标，探究其在非均相Fenton体系中的催化降解效果。主要研究结果如下： (1)通过XRD、SEM、FTIR、XPS等手段对Fe(Ⅲ)?Oxalate/SC进行表征分析，结果表明SC为层片状结构，由石英、高岭石、赤铁矿等物质组成。在水热环境下，草酸介质对SC的硅酸盐骨架有溶蚀现象，但SC的基本层片结构保存，Fe(Ⅲ)?Oxalate晶相依托在SC的表面或孔壁处结晶生长，与SC形成稳定的界面结合，富含大量的Fe3+/Fe2+离子，为高效催化降解有机污染物提供有效保障。 (2)构建Fe(Ⅲ)?Oxalate/SC+H2O2系统降解TC，结果表明：在催化剂投加量=1g/L、H2O2浓度=15mmol/L、pH=6、反应时间t=60min条件下，对50mg/L的TC溶液降解率达到92.04%。利用响应曲面法(BBD)优化最优工艺后，TC的降解效率可超过98%。该催化剂在pH值为4~8范围内均有优异的降解效果，表现出非常宽泛的酸碱适应性。 (3)采用Fe(Ⅲ)?Oxalate/SC+H2O2系统对MB、MG进行降解实验，结果表明：在催化剂剂量=1.5g/L、H2O2浓度=7mmol/L、pH=6、t=60min，MB(浓度=200mg/L)降解率为99.33%；在催化剂剂量=1.5g/L、H2O2浓度=20mmol/L、pH=4的条件下、t=60min，MG(浓度=200mg/L)降解率为97.87%。利用BBD方法进行实验条件优化，发现对MB、MG降解的影响因素排序为：H2O2＞催化剂剂量＞pH值。进一步探索催化机理发现在MB系统之中，吸附在催化剂表面的?OH对于MB的降解起到了关键作用，而游离态的?OH对于MG的降解起到了关键作用。 (4)以SC作为载体、草酸铁为负载物，采用浸渍法制备新型非均相催化剂Fe2(C2O4)3/SC。利用XRD、FTIR、SEM、XPS分析其矿物组成、微观形貌、催化剂表面元素价态组成，结果表明其主要矿物组成为草酸铁、高岭石、石英，相比D-SC的化学组成，C、Fe元素含量明显增加，有效组分Fe2(C2O4)3纳米颗粒在D-SC上均匀分散。与H2O2构建催化反应体系，以MB为目标污染物，对催化剂的活性进行探究，单因素实验结果表明：在催化剂剂量=1g/L、H2O2浓度=20mmol/L、pH=6的条件下，MB(浓度=500mg/L)降解率为99.37%，利用BBD方法进行实验条件优化，发现对MB降解的影响因素排序为：催化剂剂量＞pH值＞H2O2。进一步探索催化机理发现，该催化剂具有吸附与催化相协同作用，游离态的?OH在催化过程中占主导地位。
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