论文摘要
近年来,随着工业和农业的不断发展,有机废水的排放对环境造成极大的污染,是水污染处理中的一个难题。高级氧化技术以其迅速、高效降解有机污染物的特点,得到了国内外学者越来越多的关注。其中,非均相-Fentoi体系作为一种典型的高级氧化技术,避免了均相Fenton高级氧化体系中pH值应用范围窄（一般来说为二价铁离子,3-4之间）,金属离子易于流失且难以回收重复利用,对环境造成二次出水污染,并且在反应结束后,pH回调成中性时会产生含金属离子污泥沉淀等局限性。本文以SBA-15型分子筛为载体,制备了一系列非均相催化剂,研究一系列非均相催化剂分别在不同高级氧化系统中对有机污染物的降解。选择氧化剂（双氧水,过硫酸盐）通过与负载在SBA-15载体上的活性组分（氧化铜,三氧化二铁）反应产生活性自由基来有效去除降解有机污染物。首先研究了催化剂不同制备方法和不同孔径大小的载体对活性组分氧化物在SBA-15载体上的分布,粒径大小,及其对催化剂催化活性和稳定性的影响。其次研究双金属氧化物的引入与催化剂载体之间的相互作用,对催化剂物理性质和催化活性的影响。本文还将催化剂引入超声-紫外光协同体系中,研究在声光联合Fentoi体系下对有机污染物的处理效果。此外,本文选取固体过硫酸盐代替液态的过氧化氢,在类fentoi体系下分析对有机物的降解机理。（1）应用不同的制备方法和铜盐制备CuO/SBA-15,包括传统浸渍法,改良后的浸渍法（燃烧法）,沉淀沉积法以及一体合成法,研究不同制备方法与负载氧化铜颗粒的粒径大小,在载体上的分布以及负载形态之间的联系。使用N2吸附-脱附等温线BET,X射线衍射XRD,透射电镜TEM,氢气程序升温还原法TPR,红外光谱FTIR和紫外可见吸收光谱UV-vis法对合成的催化剂进行了表征。考察该系列催化剂在湿式催化氧化体系下去除降解苯酚的催化氧化性能。结果表明：一体合成法制备的催化剂的活性和稳定性较其他方法制备催化剂稍强,金属沥出较小,负载金属颗粒粒径较小,且较为均匀分布在载体SBA-15孔道结构内。（2）采用不同的水热温度制备不同孔径大小的SBA-15载体,分析不同孔径的SBA-15载体对活性组分氧化铜在载体孔道内部的分布,颗粒粒径大小,以及与载体之间的相互作用。运用N2吸附-脱附等温线BET, X射线衍射XRD,透射电镜TEM等表征方法对催化剂的物理化学性质进行了表征。考察该系列催化剂在湿式催化氧化体系下对去除降解苯酚的催化氧化性能。结果表明：苯酚的去除降解效果随着双氧水和催化剂的投加量的增加而呈现上升增加的趋势。增加活性组分氧化铜的负载量和SBA-15载体的孔径有利于苯酚的去除降解,但是当活性组分氧化铜负载量大于6wt%,载体孔径大于8nm时,苯酚的去除率呈现下降的趋势。催化剂的重复试验表明催化剂可重复多次利用,监测在反应过程中的铜离子的沥出,并且推导出氧化铜颗粒在载体孔道结构内的分布形态以及形貌。（3）采用双金属（Cu, Fe）的氧化物负载在载体SBA-15上,研究不同铜铁配比的活性组分双金属氧化物与SBA-15载体之间的相互作用。运用N2吸附-脱附等温线BET, X射线衍射XRD,氢气程序升温还原法TPR,红外光谱FTIR和紫外可见吸收光谱UV-vis法等表征方法对催化剂的物理化学性质进行了表征。考察该系列催化剂在湿式催化氧化体系下对苯酚的催化氧化性能,解决了在传统铁盐非均相反应过程中pH范围较窄,金属离子沥出浓度较高,容易对环境造成二次出水污染的问题。实验结果表明：Cu/Fe摩尔比在趋近1时,具有较好的催化活性,在pH3-7的范围内均能达到100%的苯酚去除率,金属沥出浓度低于单独负载铜或铁的单金属催化剂。催化剂重复利用实验表明催化剂在重复使用3次后依然能达到100%的苯酚去除率,证实其良好的催化活性和稳定性。（4）采用共沉淀法制备Fe/SBA-15,应用在超声-光联用Fenton法体系中降解偶氮染料橙黄Ⅱ。考察在反应过程中实验因素对橙黄Ⅱ脱色率的影响,包括双氧水的投加量,初始pH值,催化剂的投加量,超声功率和初始橙黄Ⅱ浓度的影响。橙黄Ⅱ脱色率随着双氧水浓度,超声功率和催化剂投加量的增加而增加,随着初始pH值和初始橙黄Ⅱ浓度的增加而下降。催化剂在超声反应前后的粒径分布图表明催化剂在超声辐射后,粒径变小,能够提供更多的反应活性界面和位点。并且超声在体系中的引入,还能够促进溶液湍流加强传质。实验通过气质联用GC-MS分析方法鉴定橙黄Ⅱ在此体系下氧化降解的中间产物,初步推导橙黄Ⅱ在最优反应条件下的降解机理。（5）采用Ti/RuO2-IrO2作为阳极,钛板作为阴极的电场类Fenton体系,采用过二硫酸盐为氧化剂,铜铁双金属负载SBA-15催化剂为非均相催化剂,研究催化剂在电场类Fenton体系下的催化活性以及稳定性。在电场条件下,非均相催化剂活化过硫酸盐去除降解目标有机污染物的效率被大大提高。同时利用电场条件下的阴极还原作用,完成二价铁与三价铁,一价铜与二价铜之间的转换,使其可以持续有效的活化过二硫酸盐产生硫酸根自由基和羟基自由基降解目标有机污染物。分析实验影响因素对氯贝酸降解效率的影响,如电流强度,初始溶液pH值,催化剂投加量和过硫酸盐投加量等。实验结果表明,氯贝酸的去除率随着催化剂投加量浓度和电流强度的增加而上升,随着过硫酸盐的投加量呈现先上升后下降的现象,当过硫酸盐投加量超过一定量时反而对去除率有抑制作用,溶液的初始pH值对实验结果影响不大。通过GC-MS分析方法鉴定氯贝酸反应中间产物,并初步推算氯贝酸在非均相电场体系下的降解过程,从而探讨非均相催化剂负载金属氧化物在电场条件下的价态转换及其催化反应机理。