多元掺杂纳米改性催化臭氧化去除水中有机物的研究

非均相催化臭氧化是提高水中微污染有机物矿化的一种非常重要的方法。本课题使用溶胶-凝胶、水热和湿化学等方法制备同种金属的不同纳米形态的催化剂，在相同实验条件下通过催化臭氧化对水中硝基苯的降解效能来筛选催化剂；再以多孔整体堇青石为基体，将筛选出的催化组分和剂型使用多元掺杂纳米改性的方法对其进行修饰，重点研究多元掺杂纳米改性催化臭氧化去除水中有机物的降解特性和催化机理；并且兼顾其实用性，在单组分和多组分模拟物系的基础上，考察该技术对松花江实际污染水系中有机物的去除效能。实现了不同纳米催化形态的活性评价，达到研发高效催化剂的目标，解决了非均相催化剂有效成分溶出和连续运行的问题，论证臭氧在非均相催化剂表面的迁移转化规律，揭示非均相表面对臭氧氧化的强化机制，初步完成了实用性研究。结果将促使非均相催化臭氧化形成较为系统的理论，对认识和利用催化臭氧化现象具有理论指导意义，为中试和生产实践提供运行参数。

随着工业的迅猛发展和人类物质生活水平的提高，水环境污染已是普遍存在的问题，饮用水的卫生和安全也受到越来越多的关注。然而，城市给水常规处理工艺对于近年来微污染水源水中出现的一些有机污染物的处理能力有限，很难将其彻底降解。使用非均相催化剂来提高臭氧氧化能力的高级氧化技术，因其工艺简单、易于回收处理、水处理成本较低、活性高等优点，得到了研究者的普遍重视。. 本研究针对给水处理领域，使用非均相催化臭氧化工艺强化水中有机物的去除。. 本课题使用溶胶-凝胶、水热和湿化学等方法制备同种金属的不同纳米形态的催化剂，在相同实验条件下通过催化臭氧化对水中硝基苯的降解效能来筛选催化剂；再以多孔整体堇青石为基体，将筛选出的催化组分和剂型使用多元掺杂纳米改性的方法对其进行修饰，重点研究多元掺杂纳米改性催化臭氧化去除水中有机物的降解特性和催化机理；并且兼顾其实用性，在单组分和多组分模拟物系的基础上，考察该技术对松花江实际污染水系中有机物的去除效能。. 研究发现，与单一组分的催化成分相比，多元组分掺杂改性工艺可以明显提高堇青石的催化臭氧化效能。且母液浓度比，浸渍次数和烧结温度等因素对催化效能影响显著。多元掺杂纳米改性催化臭氧化对水中有机物的去除在不同的体系温度、催化剂用量、臭氧投加工艺、pH值等条件下均表现了不同的降解特性。多元掺杂改性工艺提高了催化剂表面羟基的密度，加速了臭氧分解，增强了臭氧传质，促进了体系中新生活性物种的生成，加速了目标物的降解和矿化。催化表面的强化引发效应和均相与非均相反应之间的协同效应加速了•OH引发，从而提高了水中硝基苯的降解效能。2,4-D、二苯甲酮和甲草胺三种内分泌干扰物分别进行单组分扩增降解物系的研究结果说明，在混合体系中，各有机污染物之间彼此存在相互促进和协同作用。. 实现了不同纳米催化形态的活性评价，达到研发高效催化剂的目标，解决了非均相催化剂有效成分溶出和连续运行的问题，论证臭氧在非均相催化剂表面的迁移转化规律，揭示非均相表面对臭氧氧化的强化机制，初步完成了实用性研究。结果将促使非均相催化臭氧化形成较为系统的理论，对认识和利用催化臭氧化现象具有理论指导意义，为中试和生产实践提供运行参数。