卤氧化铋吸附光催化去除水中典型PPCPs的研究

1、卤氧化铋吸附/光催化去除水中典型PPCPs的研究近年来 , 药物和个人护理用品 (Pharmaceuticals and Personal CareProducts,PPCPs)不断地在水环境中被检测出,虽然被检测出的PPCPs浓度普遍 较低，但是一定积累量的PPCPs会对水生态系统和人体健康产生危害,因此有效 去除水中PPCPS成为一项刻不容缓的任务。本文以典型 PPCPs为研究对象,以卤 氧化铋(BiOX,X = C1,Br,l)为吸附剂或光催化剂，研究BiOX吸附/光催化去除水中典型PPCP啲效能和机理。通过本文的研究,可以为BiOX去除水中典型PPCPs提供新材料和新工艺。首 先, 研

2、究了 BiOCl 微球吸附 /紫外光催化去除水中布洛芬 (lbuprofen,lBP) 的效 能和机理。采用溶剂热法成功的制备了 BiOCl微球,通过X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD), 扫描电镜 (Scanning Electron Microscope,SEM), 透射电镜 (Transmission Electron Microscope,TEM), 高分辨透射电镜 (High-Resolution Transmission Electron Microscope,HRTEM),N2 吸附-脱附、紫外 -可见漫反射 光谱(UV-VisDisffuse Reflect

3、a nee Spectroscopy,UV-Vis RDS等技术对 BiOCl 微球的理化性能进行了表征。随后对不同实验变量下 lBP 的去除效果做了研究。不同于文献报道的结论，BiOCI微球去除IBP的过程中，超过90%勺去除率是 由吸附作用提供的。同时还分别拟合了 Freundlich 吸附等温线和 Langmuir 吸 附等温线。吸附过程契合二级动力学方程,相关系数R2均可达到或超过0.99。接着,研 究了 BiOBr微球吸附/可见光催化去除水中IBP的效能和机理。研究表明,在BiOBr微球可见光催化去除IBP的过程中,有超过80%勺去除率 来自吸附作用。 BiOBr 去除 IBP 的过

4、程为物理吸附和化学吸附的共同作用通过离子色谱 (Ionic Chromatograph,IC) 、电感耦合等离子体质谱仪 (Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry,ICP-MS) 、傅里叶变换红外 光谱仪 (Fourier Transform Infrared,FT-IR) 、X 射线光电子能谱分析仪 (X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS) 等实验手段证明 BiOBr 吸附 IBP 的机理如 下 :BiOBr 在溶液中时其表面会解离产生 Br, 通过 Br 与呈解离状态的 IBP 进行离 子交换,与IBP上

5、的羧基-COOH吉合形成相关的O-Bi-O键。通过对其他含有或不 含有-COOH勺目标物的选择性吸附,进一步证实了上述的吸附机理。其次, 为去除选择性吸附过程中难以去除的卡马西平 (Carbamazepine,CBZ) 等PPCPS亏染物,本文进一步研究了卤氧化铋 BiOX与过氧化物组合对CBZ的去除 效能。实验结果表明,BiOBr + PMS(Peroxymonosulfate) 的组合对CBZ的去除降 解效果最好，可在5 min内完全去除浓度为5卩M浓度的CBZ研究发现,CBZ的降解过程，硫酸根自由基 SO4的作用比例达到67.3%。BiOBr催化PMSfc除CBZ的机理可以表述为:BiO

6、Br中的Bi元素具有Bi(川)-Bi( V )-Bi(川)的氧化还原循环,可以让PMS不断产生硫酸根自由 基SO4-,对CBZ的降解产生作用。同时羟基自由基.OH对PMS勺替换作用及PMS与 BiOBr的络合作用也参与到 分解水中的PMS的过程。通过使用电子自旋共振(Electron Paramagnetic Resonance,EPR)、IC、XPS、FT-IR 等实验手段对上述机理的猜想进行了验证。不同反应条件如阴离子、腐殖酸(Humic Acid,HA)浓度、溶液pH不同水底 等对CBZ去除影响均有影响。TOC和LC-MS结果表明,卤氧化铋BiOX(X = C1,Br) 光催化对于PPCPS的矿化率并不理想,因而进一步将BiOCl、PMS及UV结合,可以 使CBZ的矿化程度大大提高实验结果表明，BiOCI + PMS + UV的组合工艺可在550卩W/cm2的光通量下 使CBZ的矿化程度在120 min内提高至约90%大大改善了矿化率。使用 EPR寸 实验机理进行检测，发现羟基自由基 OH等在其中起到主要作用,并使用LC-MS 对反应过程中CBZ的反应中间产物进行了检测，在此基础上推测CBZ矿化降解途 径。另