二氧化鈦和鉑摻二氧化鈦光催化降解全氟辛酸的機制研究.pdf

1、隨著經濟和工業(yè)的發(fā)展,新出現(xiàn)了許多對生態(tài)環(huán)境和人體健康存在潛在威脅的持久性有機污染物(POPs),這些新POPs離人們的生活越來越近,其環(huán)境風險控制的任務也越來越艱巨。全氟辛酸(PFOA)是2011年《斯德哥爾摩公約》中新增的10種優(yōu)控污染物之一,其處理技術是研究的熱點。本論文針對PFOA這一新型難降解有機物,選取工業(yè)應用廣泛的TiO2光催化技術為處置手段,探究TiO2光催化降解PFOA的起始過程、反應中主要起作用的活性物質、反應的限速

2、步驟;在此基礎上以Ag、Pd、Pt對TiO2進行改性,深入研究貴金屬改性對催化劑性質、電荷轉移過程以及對PFOA降解機制的影響,為TiO2光催化降解PFOA技術的應用提供重要理論依據(jù)。主要研究內容和結論如下:
　　1、研究了TiO2(P25)對PFOA的光催化降解效果,并考察各反應條件對PFOA降解的影響:PFOA的光催化降解反應符合準一級動力學方程,pH對反應有重要影響,氧氣存在下能提高反應效率。在pH為3,TiO2用量為1.5

3、g·L-1,通入氧氣條件下反應7 h實現(xiàn)基本降解,速率常數(shù)為0.588 h-1。
　　2、確證了PFOA在TiO2上的降解機制:在TiO2光催化降解PFOA過程中,空穴(h+)是主要的活性物質,其對反應速率貢獻率為66.1％;羥基自由基(·OH)也參與PFOA的降解過程;投加 NaF實驗表明,PFOA在TiO2上吸附是反應發(fā)生的首要條件。UPLC-QTOF/MS分析表明,PFOA光催化降解逐級生成短鏈全氟羧酸(PFCAs)。PFO

4、A的主要降解機制為:PFOA首先吸附在TiO2表面被空穴氧化,然后在空穴和·OH的共同作用下逐步脫去CF2生成短鏈全氟羧酸(PFCAs),最終實現(xiàn)降解的過程。
　　3、提出了一種能高效降解PFOA的TiO2改性方法:通過化學還原法制備Ag、Pd、Pt等貴金屬摻雜TiO2,并進行PFOA的光催化降解實驗。結果表明,Ag、Pd、Pt等貴金屬摻雜能大大提高TiO2光催化降解PFOA的效率,摻雜后PFOA的TOC去除率分別是TiO2的2.

5、1、1.5、1.1倍,脫氟效果分別是TiO2的8.7、5.4、2.6倍。不同貴金屬摻雜后對TiO2光催化降解PFOA效果差異與摻雜對TiO2在近紫外光區(qū)域的光吸收性能的提高程度有關,另外也與三種貴金屬的電子親和性有關。
　　4、研究 Pt-TiO2催化劑光催化降解PFOA的效果,考察各反應條件對PFOA降解的影響:光催化降解PFOA最適條件為,Pt摻雜量為1 at%,pH為3,用量為0.5 g·L-1。
　　5、詳細研究Pt

6、摻雜TiO2對PFOA降解的作用機制,Pt摻TiO2體系中·OH進攻和e-協(xié)同作用能大大提高PFOA的降解效率。UPLC-QTOF/MS分析表明,降解產物分為全氟產物(CnF2n+1,CnF2n+1O,CnF2n+1COO)和含不飽和鍵的含氟產物(CnF2n-1,CnF2n-1O,CnF2n-1COO)兩大類。PFOA降解過程包括以下幾個過程:被Pt(e-)進攻發(fā)生脫羧基反應,生成C7F15,再經水解、·OH氧化過程生成短鏈羧酸;(2)