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纳米态二氧化锰与复合物的合成及催化臭氧化降解水中有机污染物的性能研究

李刚  
【摘要】:伴随着地球上人口数量不断增多,人类对饮用水的需求也不断增多。对许多国家而言,获得足量清洁的饮用水是一个巨大的挑战。为了解决这个问题,各国的科学家和工程师提出了许多解决策略。其中处理污水使之达到饮用水的标准是一种经济的方法。为了使污水处理达到安全标准,我们必须去除掉污水中的所有污染物。臭氧氧化处理污水是一种广泛使用的技术,它能够有效地降解一些水中的污染物。然而根据目前的研究,臭氧化处理不能完全除去水体中的污染物,同时它会在处理过程中产生一些有毒的中间体。在臭氧化过程中加入一些过渡金属氧化物催化剂能够有效地改善臭氧化降解的效率。利用过渡金属氧化物臭氧化降解污染物具有如下优点:1、处理污水的效率高;2、过渡金属氧化物毒性低,不会向体系中引入更多的有害物质;3、价格低廉,适合大规模应用;4、稳定性高,适合长时间使用。过渡金属氧化物的物理性质和化学性质都会显著地影响催化剂的催化性能。例如催化剂的比表面积、表面电荷对催化性能有影响。催化剂的种类、稳定性和表面的反应位点对催化剂性能也有显著的影响。在众多过渡金属氧化物催化剂中,氧化锰是其中的佼佼者。在本论文中,我们合成了一系列以纳米态二氧化锰为基础的催化剂及其复合物,考察了它们对水体污染物如双酚A、二氯乙酸等污染物的降解效果。主要实验内容包括以下内容:1、合成了α-MnO_2和β-MnO_2,表征了它们的物理化学性质,考察了这两种催化剂对双酚A臭氧化降解的催化效果。实验结果表明α-MnO_2和β-MnO_2是有效的降解双酚A的金属氧化物催化剂;2、合成了海胆状二氧化锰/石墨烯的复合物催化剂,同时利用扫描电镜、透射电镜、X射线粉末衍射和拉曼光谱技术对催化剂进行了表征。同时催化反应结果显示海胆状二氧化锰/石墨烯复合物催化剂具有良好的催化降解效果;3、合成了花状二氧化锰/石墨烯的复合物催化剂,同时利用扫描电镜、透射电镜、X射线粉末衍射、拉曼光谱技术和质谱技术表征了催化剂,同时研究了催化剂臭氧化降解水体污染物二氯乙酸的情况。实验结果表明花状二氧化锰/石墨烯是一种有效的降解二氯乙酸的金属氧化物催化剂;4、合成了二氧化锰/三氧化二铋复合物催化剂,并考察了它光催化臭氧化降解双酚A的效果;5、催化臭氧化反应初始pH值的升高、反应温度的升高、催化剂投加量的增加,均有利于水中有机污染物的降解;6、通过质谱研究双酚A与二氯乙酸的催化臭氧化降解的中间产物,推测了两种有机物的降解机理。


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