膨脹石墨強(qiáng)化臭氧降解水中有機(jī)酸的研究.pdf

1、隨著人類現(xiàn)代化的發(fā)展，地球上的水源受到污染，尤其是飲用水中微量有機(jī)污染物毒性高、降解難度大，參與后續(xù)氯化消毒反應(yīng)會(huì)生成各種有害副產(chǎn)物，并在輸配過(guò)程中造成微生物再繁殖的安全隱患，因此強(qiáng)化去除這些有機(jī)物至關(guān)重要。臭氧氧化技術(shù)是一種去除有機(jī)污染物的有效方法，但它存在氧化過(guò)程具有選擇性和中間產(chǎn)物降解不徹底性等局限，臭氧催化氧化技術(shù)可以在很大程度上解決臭氧氧化的不足。
　　膨脹石墨作為一種新型碳材料，與活性炭類似，具有豐富的孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)

2、結(jié)構(gòu)，表面活性高，雖然研究歷史短，但它獨(dú)具的優(yōu)良性能已經(jīng)展現(xiàn)出在環(huán)境領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景和開(kāi)發(fā)潛力。本文以膨脹石墨為臭氧催化氧化體系的催化劑，首次將膨脹石墨與臭氧聯(lián)合降解臭氧氧化副產(chǎn)物-小分子有機(jī)酸（草酸、草氨酸、丙酮酸和丙二酸），考察不同操作條件下臭氧催化氧化體系降解有機(jī)酸的效果，采用TGA、SEM、FTIR、XRD、XPS及pHIEP分析膨脹石墨微觀結(jié)構(gòu)，初步分析并推測(cè)不同結(jié)構(gòu)有機(jī)酸在該體系中的降解機(jī)理。
　　本文采用化學(xué)氧化法

3、制備出低溫可膨脹石墨，200℃時(shí)膨脹體積達(dá)268mL/g，500℃時(shí)為480.8mL/g。TGA、SEM和BET結(jié)果表明膨脹溫度越高，膨脹體積越大，比表面積越大，膨脹石墨改變了原本石墨層層整齊的鱗片結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)很多不規(guī)則褶皺，整體像一個(gè)蠕蟲(chóng)，蠕蟲(chóng)內(nèi)部和表面有很多中、大尺寸的孔洞。FTIR、XRD和XPS分析結(jié)果顯示形成可膨脹石墨后，碳和氧以多種官能團(tuán)形式構(gòu)成其表面主要成分；天然鱗片石墨的pHIEP為2.0，而500℃膨脹石墨酸洗后pHIE

4、P為2.3。
　　在不同膨脹溫度下的膨脹石墨/臭氧降解草酸體系中，膨脹溫度為300℃和400℃條件下制備的膨脹石墨催化臭氧氧化效果相差不大，膨脹溫度為500℃的膨脹石墨催化臭氧氧化效果高于前兩者，略低于膨脹溫度為600℃的；考察不同操作條件下的降解效果，得到膨脹石墨投量0.3g/L，草酸初始濃度1.0mmol/L，反應(yīng)溫度25℃為最優(yōu)操作條件；溶液初始pH=3.0時(shí)除污染效果最好，pH降低或升高降解效果均會(huì)下降，加入叔丁醇后降解效

5、果受到一定程度的抑制，說(shuō)明該體系中存在羥基自由基的氧化降解作用；膨脹石墨在該催化體系中重復(fù)使用三次效能基本不變；Cl-、SO42-、HPO42-/H2PO4-和NO3-的存在會(huì)減弱臭氧催化氧化降解草酸的效果。
　　在膨脹石墨強(qiáng)化臭氧降解草氨酸的體系中，溶液初始pH=1.0時(shí)降解效果最好，隨著pH升高降解效果越來(lái)越差；叔丁醇加入后，在一定程度上抑制了草氨酸的去除，說(shuō)明該體系中羥基自由基也參與了氧化降解反應(yīng)。
　　在膨脹石墨強(qiáng)化

6、臭氧降解丙酮酸的體系中，溶液初始pH值在酸性條件pH=1.0和堿性條件pH=10.0時(shí)降解效果最好，對(duì)比加入叔丁醇后pH=1.0和pH=10.0的降解效果，pH=10.0的降解效果大幅度減低，pH=1.0的降解效果也有減少，但明顯低于pH=10.0的降低量，說(shuō)明該體系在堿性條件下，催化反應(yīng)的主體在于溶液中的羥基自由基，而在酸性條件下，溶液中的羥基自由基只是氧化作用的一部分。
　　在膨脹石墨催化臭氧氧化降解丙二酸的體系中，與草酸的降