g-C3N4制备及其协同PDS可见光催化降解布洛芬的研究

以尿素为主要原料,采用热聚合法在不同条件下制备了光催化剂g-C3N4(石墨相碳化氮),通过改变尿素在马弗炉中加热的温度(350℃、400℃、450℃、500℃)和时间(0.5 h、1 h、1.5 h),得到不同烧结温度和时间的光催化剂,并对其进行X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱分析仪(FT-IR)、紫外可见漫反射光(UV-Vis)表征,并通过可见光光催化降解布洛芬试验,探究了制备温度、时间对g-C3N4光催化性能的影响;并在溶液中加入PDS(过硫酸钾),联合g-C3N4在可见光下光催化降解布洛芬。结果表明,当烧结温度为500℃、烧结时间为1.5 h时,制备的g-C3N4在可见光区有较强吸收且具有较大的比表面积,以致其表现出最佳的光催化性能;PDS的存在对布洛芬的降解有促进作用,且加快了g-C3N4对布洛芬的光催化降解,相比于纯g-C3N4,4 h内布洛芬的降解率由63%提升为90.5%。以异丙醇、甲醇、对苯醌、草酸钠、重铬酸钾、甲醇分别为羟基自由基(·OH)、·OH和硫酸根自由基(SO4^-·)、超氧自由基(·O2-)、空穴(h+)、电子(e^-)的捕获剂。通过对反应过程的活性物种鉴定,·OH、SO4^-·、h+、e^-均参与了布洛芬的光催化降解,其中h+在反应中的贡献率达到了82.9%,在降解布洛芬过程中起主导作用;在反应体系中添加PDS后,催化剂g-C3N4的荧光强度变小,即加入PDS能够有效降低g-C3N4的光生空穴与电子的复合率,提高g-C3N4的光催化性能。     

磁性污泥基活性炭催化臭氧氧化去除布洛芬的研究

采用浸渍法制备了不同金属掺杂的磁性污泥活性炭(MSAC),考察了掺杂金属种类、催化剂和臭氧投量对MSAC催化臭氧氧化去除布洛芬(IBP)效能的影响,并通过测定活性物种含量研究了反应机制。结果表明,锰掺杂MSAC的催化活性最高,当臭氧和催化剂投量分别为1.0 mg/L和50.0 mg/L时,IBP的去除率为86.2%,比单独臭氧氧化工艺高28.3%。当催化剂投量由50.0 mg/L增加至100.0 mg/L时,IBP的去除率仅增加了2.3%;当臭氧投量由1.0 mg/L增加至3.0 mg/L时,IBP去除率由86.2%增加至99.7%。叔丁醇的加入显著降低了IBP去除率,活性物种定量分析结果进一步证实了IBP的快速去除主要是由于羟基自由基(·OH)的作用,过氧化氢在·OH产生过程中起引发剂作用。     

布洛芬对活性污泥中功能酶活性的影响

布洛芬是常用非甾体抗炎药,使用量大、去除率低,且药品的存在会诱发水生生物发生不同应激变化。研究对比了在不同浓度梯度布洛芬暴露下活性污泥中脲酶、转化酶活性的动态变化率、总变化率的不同响应。结果表明,在布洛芬浓度为35~40μg·L~(-1)时,对脲酶活性的抑制程度超过了40%,布洛芬浓度达28μg·L~(-1)后,脲酶活性总变化率单调增加,在布洛芬浓度达到40μg·L~(-1)时,脲酶活性总变化率超过了70%。而转化酶活性动态变化率低于±20%,总变化率低于±30%。上述研究结果表明,脲酶活性在布洛芬较低浓度暴露下变化幅度大、响应快。因此推荐使用较为敏感的脲酶活性生物指标,评价布洛芬等新型有机污染物对复杂污泥机制中活性污泥微生物活性影响。相关实验数据可以对污水处理系统的潜在风险进行早期预警。     

化学改性对活性炭吸附磺胺甲恶唑和布洛芬的影响

以5种化学改性剂(NH3、HCl、H2SO4、HNO3和H2O2)对活性炭进行改性,考察了化学改性对活性炭吸附磺胺甲恶唑(SMX)和布洛芬(IBP)的影响,并结合活性炭改性前后孔结构和表面化学性质的变化特征,利用Pearson相关性分析法,分析了活性炭各项理化指标与其吸附量之间的相关性。结果表明,与原炭相比,各种改性炭对SMX和IBP的吸附能力均有较大幅度提高,24 h时吸附量分别提高了36%~59%和8%~42%。活性炭的比表面积、孔容等物理性质与吸附量的相关系数绝对值均在0.4以内,表现为弱相关。对于SMX,活性炭的羧基官能团与吸附量相关系数r值在0.6~0.8之间;对于IBP,羧基、内酯基分别在吸附的前期和中后期与吸附量表现为强正相关,r达到0.6~0.8以上。本研究中活性炭的表面含氧官能团对其吸附能力表现出更为显著的影响。     

UV/H2O2工艺降解典型消炎药布洛芬影响因素和降解机理

布洛芬是一种典型药物和个人护理用品（PPCPs）,大量生产和广泛使用给环境带来了一定危害。基于响应面方法,采用UV/H2O2工艺降解布洛芬（IB）,对降解过程中的影响因素（光强、H2O2投加量、初始IB浓度）进行了探讨,构建响应面模型。优化的最佳反应条件为：H2O2投加量0.10 mol·L-1、初始IB浓度5.00 mg·L-1、UV光强1 400 μW·cm-2,预测和实验IB以及反应动力学速率常数接近,说明响应面模型能够有效描述UV/H2O2降解反应过程。同时用离子阱质谱仪鉴定出IB羟基加成物、4-乙基苯酚、对异丁基苯甲酸等降解中间产物,其中IB羟基加成物的细胞毒性大于IB本身,最后提出降解机理。本研究为UV/H2O2工艺降解典型消炎药类污染物提供技术参考。     

氮掺杂生物炭催化臭氧对于布洛芬的降解特性与机制

系统研究了新型氮掺杂生物炭材料(N-C)催化臭氧对于水中布洛芬(IBP)的氧化降解效能及机制,并深入探究了初始pH、臭氧投加量、催化剂投加量、不同阴离子和背景水质条件对IBP降解效率的影响.结果 表明,相较于一些常见的碳基催化剂(g-C3N4、生物炭、颗粒活性炭)及金属催化剂(MnO2、Fe3O4),N-C催化臭氧体系...     

壳聚糖-银/二氧化钛核壳型复合小球的制备及其对布洛芬的降解性能

针对目前污水中布洛芬等典型PPCPs类污染物光催化降解效率低、催化剂回收难度大等难题,以壳聚糖为载体,通过负载银掺杂TiO₂,制备有机核-无机壳结构的CTS-Ag/TiO₂复合小球,开展了光催化降解布洛芬性能研究。结果表明:壳聚糖紧密团聚成核,银掺杂TiO₂分布在壳聚糖表面,共同形成了有机核-无机壳结构。在紫外光作用下,复合小球对布洛芬展现出良好的去除效能,在最佳条件下(CAT投加量为4 g/L,布洛芬初始浓度为1 mg/L,pH值为6),处理60 min后布洛芬去除率达到96.1%,经过5次回收利用,去除率仍可达到85.0%。新型有机核-无机壳复合结构以及壳聚糖中含碳基团和含氮物质在价带上形成的附加带,使CAT复合小球在强化吸附、光催化和稳定性的同时,提高了材料可重复使用性。Ag在TiO₂表面掺杂形成的无机壳包裹在壳聚糖形成的有机核表面,使光生电子更易从TiO₂转移到Ag上并积累,减少电子-空穴对的复合,提高了CAT的光催化效率。活性组分淬灭实验表明,·O₂-和空穴氧化是引起布洛芬降解的主要活性成分。     

水中几种无机离子对布洛芬光降解的影响

光降解是许多药物类污染物在地表水中的重要去除方式。在UV-vis照射下,研究水体中的无机离子对布洛芬光降解的影响。结果表明,在反应液中添加金属离子和碳酸氢根时,布洛芬的光降解都很好的符合准一级动力学。金属阳离子和HCO-3均可抑制布洛芬的光降解,且抑制率随添加浓度的增大而增大。     

污泥基活性炭催化臭氧氧化降解水中微量布洛芬的效能研究

以城市污水处理厂脱水污泥和玉米芯为原料,氯化锌为活化剂制备污泥基活性炭(SAC),考察其催化臭氧氧化去除水中稳定性药物布洛芬(IBP)的效能.试验中对比考察了单独臭氧氧化、单独SAC吸附、SAC催化臭氧氧化这3种工艺对水中IBP(初始浓度为500μg.L-1)的去除效果,同时研究了臭氧与SAC投加量对催化效果的影响.结果表明,单独臭氧氧化对IBP的去除率随臭氧浓度的增加而增加,当臭氧浓度由0.75 mg.L-1增加至3.0 mg.L-1时,IBP的去除率由44.4%提高到100%;单独SAC对IBP的吸附去除效果较差,即使SAC投加量增至100 mg.L-1,吸附时间为40 min时,IBP的吸附去除率仅为44.56%;SAC催化臭氧氧化工艺中,IBP去除速率大大加快,在反应的初始阶段(0～5 min)SAC催化臭氧氧化对IBP的去除率要远远高于单独臭氧氧化和单独SAC吸附二者作用之和.臭氧与SAC的投加量对IBP的催化氧化去除效果具有较大影响.SAC催化臭氧氧化IBP分为瞬时需氧阶段反应(0～5 min)和慢速反应(5～40 min)两阶段.快速反应阶段以.OH与IBP反应为主,慢速反应阶段残余臭氧浓度很低,此时主要以SAC吸附去除IBP为主.     

铁锌共掺杂MCM-41构建双酸性中心及其催化臭氧化布洛芬

Fe-MCM-41作为臭氧(O₃)催化剂被广泛关注,但其存在O₃利用率和界面反应效率较低等缺点,这极大限制了其在非均相催化臭氧化领域的应用。为解决这一问题,通过一步水热合成方法制备了具有双酸性中心的Fe-Zn-MCM-41催化剂。不同臭氧化体系对布洛芬(IBP)降解结果表明,反应30 min后Fe-Zn-MCM-41/O₃降解IBP的表观速率常数为0.035 min⁻¹,分别是单独O₃、MCM-41/O₃、Fe-MCM-41/O₃和Zn-MCM-41/O₃的2.9、2.9、1.9和1.6倍。XRD、N₂吸附-脱附、TEM和XPS等表征结果证明,Fe和Zn成功进入MCM-41骨架内并分别作为中酸位点和强酸位点。中酸位点产生的·OH迅速扩散到溶液中,加快溶液中IBP的去除;强酸位点产生的·OH键合在Fe-Zn-MCM-41表面,促进IBP界面氧化。LSV和EIS结果表明,Fe-Zn-MCM-41不仅具有较好的电子传递能力,而且拥有较强的O₃亲和力。Fe-Zn-MCM-41具有较好的循环使用性能,经过5次回收使用后,Fe-Zn-MCM-41/O₃仍可去除55.1%的IBP,去除率远高于其他臭氧化体系。以上研究结果可为非均相催化臭氧化体系在水环境污染控制领域的应用提供参考。