中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 郭栋鹏太原理工大学 2006年硕士导师: 徐明德共88页

摘要 : 本文以江苏省重大工程-南通市尾水排海工程为背景，针对南通市尾水海洋处置工程系统设计和研究的需要，对黄海南部海域水质状况进行分析，结合黄海南部海水实际的环境条件，对排海尾水中主要污染物COD、TN和TP在不同温度、污染物初始浓度、pH值和Cl-浓... 展开本文以江苏省重大工程-南通市尾水排海工程为背景，针对南通市尾水海洋处置工程系统设计和研究的需要，对黄海南部海域水质状况进行分析，结合黄海南部海水实际的环境条件，对排海尾水中主要污染物COD、TN和TP在不同温度、污染物初始浓度、pH值和Cl-浓度下于海水中的降解进行正交组合的静态实验研究，定量化地研究了污染物降解动力学过程及与环境因素的关系，直接为排海工程对海域水环境影响分析以及工程工艺设计服务。课题的研究在理论上和实际应用都具有十分重要的意义。论文的主要研究成果有： (1)以黄海南部海域大规模的现场监测为基础，分析评价污染物在海域内的时空分布、海域水质现状以及达标性，结果表明黄海南部海水中pH值、DO、BOD、高锰酸钾指数均达《海水水质标准》中二类标准，且海水已经富营养化，结果也为本研究污染物因子的选择提供依据。 (2)首次以黄海南部海域为对象进行有机污染物在海水中的降解动力学过程研究，研究成果直接为江苏重大工程-南通市尾水排海工程设计、水环境影响分析等服务，也是对本海域自净机理研究的尝试。 (3)根据黄海南部水质及排海尾水特性确定温度、初始浓度、盐度、pH是对海水中污染物降解规律的影响因素且各因素确定四个水平数，应用正交试验设计的思想，确定最佳实验组合方案并进行分组实验。 (4)基于统计学原理，进行实验数据的整理分析，定量化地进行污染物降解的动力学过程研究，建立不同条件下的动力学模型，应用最小二乘原理进行参数的回归分析，运用相关分析法、统计学假设检验进行模型的显著性验证；揭示定量化模型应用的可靠性。 (5)以正交实验结果为基础，进行COD、TN、TP降解的单因素分析以及多因素影响的主因素分析，实验结果表明在不同条件COD、TN、TP均符合一级反应动力学模型，且温度、污染物初始浓度是其降解的主要影响因素。 (6)应用系统工程的设计思想和方法确定研究的技术路线、实验方案、分析方法等，使整个实验研究过程及技术方法具有一定的系统性。文末关于未来研究和工作方向提出了建议。本文较系统地研究了黄海南部海域污染物降解规律，为科学利用海洋资源、海域污染控制提供参考，为排海工程尾水进入海域输移扩散数值模拟、海域水环境影响分析以及工程工艺设计提供理论依据和技术支持，也可为科学开发和保护黄海南部近岸海域水环境资源研究提供参考。收起

关键词 : 排海尾水污染物降解水体污染黄河

2. pH和共存阴离子对硫化零价铁/二价铁体系去除氯霉素的影响机制研究

[学位论文] 孙诗文山东大学 2021年硕士导师: 赵珊共68页

摘要 : 氯霉素(CAP)是一种有效的广谱抗生素，其副作用和毒性会对人类健康产生危害。零价铁(ZVI)因具备环境友好、还原性强、廉价易得等特性，被广泛用于去除土壤、地下水和废水中的有机污染物。然而，ZVI技术存在易钝化、易与H2O和O2发生副反应、对目标污染... 展开氯霉素(CAP)是一种有效的广谱抗生素，其副作用和毒性会对人类健康产生危害。零价铁(ZVI)因具备环境友好、还原性强、廉价易得等特性，被广泛用于去除土壤、地下水和废水中的有机污染物。然而，ZVI技术存在易钝化、易与H2O和O2发生副反应、对目标污染物电子选择性低等缺点。相较于ZVI，硫化零价铁(S-ZVI)对污染物的反应性和选择性均显著提高，因此成为该领域的研究热点。许多水化学条件对ZVI/S-ZVI去除污染物会产生巨大影响，如pH、共存阴离子、共存阳离子等。作为一种阳离子，二价铁(Fe2+)通常被用来提升ZVI/S-ZVI去除污染物的能力，其原因在于Fe2+能促进半导体Fe3O4的生成。但大多数研究仅仅考虑了Fe2+本身对反应体系的影响，忽略了加入Fe2+盐时所引入的共存阴离子在反应过程中所发挥的作用。因此，本课题重点研究了pH和共存阴离子对S-ZVI/Fe2+去除CAP的影响机制。本研究首先选取了外投Fe2+浓度、有无氧气、外投Fe2+时间和两种共存阴离子(Cl-和SO42-)作为自变量，CAP的去除效果作为因变量，来探究了不同实验条件下，外投Fe2+对S-ZVI去除CAP的影响。研究结果表明，外加FeCl2会将溶液pH缓冲在弱酸条件下并促进S-ZVI去除CAP，且随着Fe2+投量的增加，其促进效果先增后减，2mM Fe2+对反应的促进效果最佳;氧气会显著抑制S-ZVI/Fe2+去除CAP;在不同时间投入Fe2+不会改变S-ZVI对CAP的去除能力，其仅仅改变了CAP的瞬时去除速率;与FeCl2不同，外加FeSO4几乎无法促进S-ZVI去除CAP。基于上述研究结果，重点研究了缓冲pH和共存离子对反应的影响，以探究Fe2+对S-ZVI去除CAP的影响机制。结果表明，2-吗啉乙磺酸(MES)、4-羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)和三羟甲基氨基甲烷(Tris)三种pH缓冲剂可将溶液pH分别缓冲至6、7、8，且均能促进S-ZVI去除CAP，促进效果依次减弱;与Fe2+相似，外加Na+、Ca2+和Mg2+三种阳离子也对S-ZVI去除CAP有促进效果。此外，CAP的去除效果与外加NaCl浓度的相关性比较大，与外加Na2SO4的浓度几乎无相关性。因此，FeCl2促进S-ZVI去除CAP的原因主要为Fe2+的pH缓冲作用和Cl-的离子效应。接着，本研究使用了一系列表征手段来探究FeSO4无法促进S-ZVI去除CAP的原因。液相-质谱(LC-MS)结果表明，CAP仅发生脱硝反应且Na+、Fe2+、Cl-和SO42-均不会改变CAP的降解路径。扫描电镜(SEM)图显示，在FeSO4为背景电解质的条件下，反应前后S-ZVI的形貌均为含FeSx的片层结构，这说明FeSO4可能会抑制FeSx参与反应;与之对应，X射线衍射(XRD)图中，在FeSO4为背景电解质的条件下，反应后S-ZVI表面仅存在Fe0的特征峰，未发现Fe2O3或Fe3O4等腐蚀产物的特征峰;此外，X射线光电子能谱(XPS)图的分析结果表明，外加的SO42-会部分吸附于S-ZVI表面，这可能导致S-ZVI表面的活性位点被占据。因此，FeSO4无法促进S-ZVI去除CAP的主要原因为FeSO4会抑制S-ZVI的腐蚀，其具体机理可能为FeSO4抑制FeSx层参与反应或吸附于S-ZVI表面的SO42-占据CAP的反应位点。本研究可为实现Fe2+和硫化零价铁处理水体中的氯霉素的工程应用提供科学依据，为处理以氯霉素为代表的抗生素污染水体提供技术支持。收起

关键词 : 氯霉素硫化零价铁二价铁污染物降解

3. 定向驯化耐受PNP毒性的硝化菌群及其降解特性的研究

[学位论文] 张辰媛上海师范大学 2020年硕士导师: 张永明共69页

摘要 : 在生活污水处理的过程中，生物脱氮是一个重要的环节。全国许多城镇污水处理厂在处理生活污水的同时，往往会接纳部分工业废水进行混合处理，形成了一个成分复杂、污染物种类多样的混合体系，其中的有机污染物的生物毒性容易对硝化细菌产生抑制作用。... 展开在生活污水处理的过程中，生物脱氮是一个重要的环节。全国许多城镇污水处理厂在处理生活污水的同时，往往会接纳部分工业废水进行混合处理，形成了一个成分复杂、污染物种类多样的混合体系，其中的有机污染物的生物毒性容易对硝化细菌产生抑制作用。所以当有遇到工业污水预处理工艺不够合理的情况时，会导致高浓度有机物的进入生物处理系统、功能性菌群受损、出水水质不达标等一系列问题。因此，探究如何使硝化菌群在遇到高浓度有毒有机物的冲击时仍能保持正常的硝化活性，具有一定实际意义。而对硝基酚（PNP）作为代表性的具有生物毒性的难降解有机物，是一种较为典型的研究对象。本研究以对硝基酚为对象，驯化了1种具有耐受其毒性的硝化污泥，并与普通硝化污泥进行对比。对比加入不同浓度PNP后硝化反应速率变化和PNP的去除速率。分别进行摇瓶和反应器实验来模拟离散性活性污泥中的硝化菌群和以生物膜形态附着在反应器中的硝化菌群。同时在一次加入PNP冲击后，连续几天取样进行恢复实验，测试这2种硝化菌群面对不同浓度的PNP冲击后恢复正常所需的时间，来进一步探究2种硝化菌群的耐受性，并通过高通量测序来进行微生物群落分析。实验结果显示，对于摇瓶实验和反应器实验具有同样的规律：不加PNP时，2种硝化菌群的硝化速率基本相同，加入30～100mg?L-1的PNP后，普通硝化菌群的硝化速率下降了10％～60％左右，而驯化硝化菌群的硝化反应速率降幅不超过10％。普通硝化菌群对加入的PNP几乎无法去除，而驯化硝化菌群在1～1.5h之内可以完全去除30～100mg?L-1的PNP，且驯化硝化菌群的PNP降解速率远高于普通硝化菌群。摇瓶恢复实验表明，随着PNP浓度的增加，普通硝化菌群受抑制程度也增加；而经过PNP驯化的硝化菌群，均表现出了较好的耐受性，其接受质量浓度小于100mg/L的PNP的毒性冲击后，2天后便可恢复至较高的硝化速率水平。通过微生物群落分析可知，驯化硝化菌群的微生物群落结构与物种丰富度优于普通硝化菌群，Phaselicystis、Bryobacter、Burkholderia、Gemmata、Phreatobacter、Tahibacter这几类有除氮作用的菌属成为可以耐受PNP毒性的优势菌，柯克斯体属、Ramlibacter、Ellin6067不具有PNP耐受性，经过PNP驯化后无法存活于体系内。多克氏菌属和OLB15可能是主要提供PNP或其中间产物降解功能的菌属。收起

关键词 : 对硝基酚废水硝化菌群定向驯化污染物降解

4. 染料在TiO<,2>体系中敏化降解的机理研究

[学位论文] 余春中国科学院化学研究所 2009年硕士导师: 赵进才共67页

摘要 : 染料敏化是一种能把TiO2半导体光催化的应用范围从紫外光区域拓展到可见光区域的重要手段，已经在太阳能电池、处理污染物和选择性氧化方面显示出非常好的发展前景。探究可见光照射下TiO2体系中的染料敏化降解机理，对于深入理解TiO2半导体的光催化原... 展开

关键词 : 敏化染料污染物降解催化反应染料矿化

5. 改性磁性生物炭的制备及其修复污染水体的性能研究

[学位论文] 李嗣扬武汉轻工大学 2023年硕士导师: 李建芬共96页

摘要 : 随着社会的飞速发展，水环境污染、水资源短缺问题日益突出。水环境中普遍存在无机污染物和难降解有机污染物，如氮磷、有机染料和抗生素等，这些污染物会对水环境造成巨大的危害且难以通过水体自净功能将其去除。传统的生物法因其规模大、能耗高、不... 展开随着社会的飞速发展，水环境污染、水资源短缺问题日益突出。水环境中普遍存在无机污染物和难降解有机污染物，如氮磷、有机染料和抗生素等，这些污染物会对水环境造成巨大的危害且难以通过水体自净功能将其去除。传统的生物法因其规模大、能耗高、不稳定等缺点导致处理污染水体的效果不佳。生物炭（BC）作为一种富含碳基体的吸附材料，以其多孔结构、优异表面特性和生物兼容性等成为一种具有可持续绿色经济效益的热门环境修复材料。生物炭不仅是一种优异的吸附剂，其孔道分布也适用于对其进行改性和修饰，从而针对性提高目标污染物的去除率。但生物炭颗粒较小的粒径限制了其在实际应用中回收循环的效率。因此，本文通过引入磁性前驱体材料制备得到磁性生物炭，在此基础上对其进行功能化修饰从而开发出高效、稳定、廉价的环境材料，不仅可以实现“变废为宝”的目的，还可以为污染水体的修复提供新的思路和见解。论文通过浸渍、煅烧联合水热法制备出三种改性磁性生物炭材料，研究了其对含磷模拟废水、罗丹明B（RhB）模拟废水和盐酸四环素（TCH）模拟废水中污染物的吸附催化特性和材料的循环稳定性，并探讨其作用机理，评估了磁性生物炭复合材料修复污染水体的应用潜力。主要研究内容和成果如下：（1）制备出镍铁双金属修饰的磁性生物炭（Ni0.1Fe0.9-BC），通过水热法在其表面负载Mg-Al/LDH合成改性磁性生物炭（Ni0.1Fe0.9-BC/LDH），对其进行表征分析并将其用于磷的吸附。在最佳反应条件下（磷初始浓度、吸附剂投加量和初始溶液pH分别为50mg/L、1.0g/L和5），60min对磷的饱和吸附量为46.05mg/g，去除率达到92%。无机阴离子对其存在不同程度的抑制，具体表现为CO32-＞SO42-＞Cl-＞NO3-。Ni0.1Fe0.9-BC/LDH在5次循环后仍表现出良好的稳定性和可重复利用性，其对真实养殖废水中的磷吸附量为36.5mg/g，达到同样条件下模拟含磷废水吸附量的79.1%。实验数据表明，吸附动力学过程遵循拟二级动力学，吸附符合Langmuir等温模型。研究显示静电吸附、化学吸附、阴离子交换、单齿形配位和双齿形配位是Ni0.1Fe0.9-BC/LDH吸附磷的主要机制。（2）制备出高铁酸钾修饰的磁性生物炭（KF-BC），通过水热法在其表面负载MoS2制得改性磁性生物炭（KF-BC/MoS2），对其进行表征分析并将其用于活化过氧单硫酸盐（PMS）降解RhB。在最佳反应条件下（RhB初始浓度、催化剂投加量、PMS浓度和初始溶液pH分别为50mg/L、0.5g/L、1.0mM和5），30min对RhB的降解率高达99.1%。干扰离子影响实验证实CO32-对反应体系的抑制程度较大。KF-BC/MoS2循环使用5次后对RhB的降解率仍保持在90%以上且浸出Fe浓度仅有0.83mg/L。活性物种猝灭实验证实1O2和SO4?-在降解RhB的过程中占据主导作用。（3）通过浸渍联合原位煅烧法制备出石墨氮化碳（g-C3N4）修饰的磁黄铁矿生物炭复合材料（Fe1-xS-BC/g-C3N4），对其进行表征分析并用于光Fenton降解TCH。在最佳反应条件下（TCH初始浓度、催化剂投加量、H2O2浓度和初始溶液pH分别为40mg/L、1.0g/L、10mM和3），60min可以将98.5%的TCH去除。Fe1-xS-BC/g-C3N4光Fenton体系对Cl-、SO42-和NO3-有较强的抗干扰性，而CO32-和PO43-对光Fenton体系的催化效率有一定的抑制作用。Fe1-xS-BC/g-C3N4-2循环使用5次后对TCH的光Fenton降解率仍有87.1%且浸出Fe浓度仅有0.5mg/L。活性物种猝灭实验证实?OH和?O2-在光Fenton降解TCH的过程中占有主导作用。收起

关键词 : 水体修复污染物降解磁性生物炭功能化修饰

6. 基于普鲁士蓝及其衍生物的芬顿体系构筑及性能研究

[学位论文] 佟鑫黑龙江大学 2020年硕士导师: 吴杰共79页

摘要 : 水是地球上独特的自然资源。没有水就不可能存在任何生命，水在维持地球生态和人类生活质量方面起着至关重要的作用。近年来，水污染被认为是最令人担忧的问题，需要立即采取切实可行的解决方案。传统的物理法和生物法只能过滤杂质，不能有效的处理水... 展开水是地球上独特的自然资源。没有水就不可能存在任何生命，水在维持地球生态和人类生活质量方面起着至关重要的作用。近年来，水污染被认为是最令人担忧的问题，需要立即采取切实可行的解决方案。传统的物理法和生物法只能过滤杂质，不能有效的处理水中复杂多样的污染物，所以开发高效、节能的方法是解决水污染的关键。芬顿法作为一种高级氧化技术，因能高效、绿色降解水中污染物而受到广泛关注。芬顿技术的改进和高效环保芬顿催化剂的开发是目前研究的重点。本文以普鲁士蓝为出发点，开发了多种基于普鲁士蓝及其衍生物的芬顿催化体系并对其性能进行了详细的研究。主要研究内容如下: (1)采用一步法制备了三维网状还原氧化石墨烯/普鲁士蓝/聚吡咯(rGO/PB/PPy)复合凝胶材料。作为骨架的rGO/PPy凝胶具有三维网状结构，该结构具有大的比表面积，不仅有利于物质的传质扩散，而且还可以避免PB纳米粒子的团聚。考察了rGO/PB/PPy复合凝胶为催化剂、H2O2为氧化剂的光芬顿体系，在可见光照射下对罗丹明B的降解。实验结果表明，rGO/PB/PPy复合凝胶为催化剂的光芬顿体系具有较高的降解性能。同时，rGO/PB/PPy复合凝胶具有良好的稳定性和循环使用性。 (2)采用牺牲反应模板法制备核壳型氮掺杂石墨碳包裹铁钴合金(FeCo@NGC)纳米复合材料。FeCo普鲁士蓝类似物在氮气环境中经高温煅烧后，金属熔化并聚集为FeCo合金，而CN-基碳化为氮掺杂石墨化碳(NGC)并覆盖在FeCo合金表面，最终形成FeCo@NGC核壳材料。以FeCo@NGC复合材料为催化剂、过单硫酸盐为氧化剂构筑微波芬顿体系。研究发现，FeCo@NGC复合材料的微波芬顿体系可高效快速的降解有机染料。由于NGC壳的保护作用，FeCo@NGC复合材料金属离子的流失量得到有效控制。收起

关键词 : 水污染芬顿法催化剂污染物降解

7. 类Fenton降解磺胺二甲嘧啶和甲草胺的研究

[学位论文] 谢桂红华中师范大学 2017年硕士导师: 张礼知共75页

摘要 : 随着经济社会的快速发展和人口的急剧增长，大量的工农业和居民生活废水污染水体，加剧了水体资源的短缺。水体污染，一方面，会给人体生命健康带来巨大的威胁;另一方面，会影响工农业产品的质量和产量，造成严重的经济损失，从而阻碍人类社会的长远发... 展开随着经济社会的快速发展和人口的急剧增长，大量的工农业和居民生活废水污染水体，加剧了水体资源的短缺。水体污染，一方面，会给人体生命健康带来巨大的威胁;另一方面，会影响工农业产品的质量和产量，造成严重的经济损失，从而阻碍人类社会的长远发展。清洁的水资源是地球上所有生物体维持生命最重要的要素之一。为此，世界各国的科学工作者不断地致力于水污染治理，并发展了多种多样的水处理技术。传统的水污染处理技术一定程度上能控制水体污染现状，但是仍旧存在高能耗、高成本、治理效果不佳等问题。高级氧化技术自发现之日起，就受到了国内外环境研究工作者的广泛关注。高级氧化技术可通过O3、H2O2、H2O和S2O82-等前驱体产生具有强氧化性的活性氧物种如·OH和SO4·-等，并将有机污染物降解，甚至最终将污染物矿化成CO2和H2O。我们首先研究了抗生素磺胺二甲嘧啶在亚铁离子和四聚磷酸(Fe2+/TPP)活化分子氧型类Fenton体系中的降解行为，发现Fe2+/TPP可通过连续的单电子还原途径将O2活化成H2O2，然后H2O2继续与Fe2+反应生成具有强氧化性的·OH，实现磺胺二甲嘧啶高效降解，并系统研究了Fe2+/TPP活化分子氧型类Fenton体系的反应机理以及目标污染物磺胺二甲嘧啶在该体系中的降解路径。接下来，我们利用抗坏血酸(AA)能加速氧化铁表面铁循环的特性，构建新型的Fe3O4/H2O2/AA类Fenton体系。我们发现抗坏血酸的引入能显著提高除草剂甲草胺的降解效率，进而系统研究了抗坏血酸在该体系中所起的作用。研究表明，抗坏血酸的强还原性可以促进Fe3O4表面的Fe(Ⅲ)还原成Fe(Ⅱ)，使得Fe3O4表面有更多Fe(Ⅱ)参与到分解H2O2的反应中，从而产生了更多的·OH用于污染物的降解。最后，我们提出了Fe3O4/H2O2/AA类Fenton体系的反应机理以及目标污染物甲草胺在体系中的降解路径。本论文加深了我们对抗生素磺胺二甲嘧啶和除草剂甲草胺等有机污染物在类Fenton体系中去除机制的认识，为有机污染物在水体环境中的控制应用实践提供了理论支持。收起

关键词 : 水体污染类Fenton 磺胺二甲嘧啶甲草胺污染物降解

8. CBAF-ACF工艺深度处理轻污染水的研究

[学位论文] 朱运伟华南理工大学 2003年硕士导师: 钟理共62页

摘要 : 本文首先对我国石化行业的水处理情况进行了简单介绍，对国内外废水深度处理及回用情况进行了总结，介绍了轻污染水回用技术的研究进展，并评价了其特点。　　以CODcr≤100mg/L、油≤10 mg/L、挥发酚≤O.5 mg/L、硫化物≤1mg/L、氨氮≤20mg/L，的广... 展开本文首先对我国石化行业的水处理情况进行了简单介绍，对国内外废水深度处理及回用情况进行了总结，介绍了轻污染水回用技术的研究进展，并评价了其特点。　　以CODcr≤100mg/L、油≤10 mg/L、挥发酚≤O.5 mg/L、硫化物≤1mg/L、氨氮≤20mg/L，的广州乙烯厂生化出水为研究对象。通过对这种轻污染水水质与广州乙烯处理流程分析，提出了采用循环曝气生物滤池(CBAF)-活性炭过滤(ACF)组合工艺对乙烯废水进行深度处理，使处理出水达到工业回用水水质标准，并确定最佳的工艺运行参数，为深度处理乙烯废水的工业化提供了基本的数据及理论依据。　　　　试验装置安装在污水处理车间，直接泵入现场废水进行试验研究。通过试验研究发现T-1<’#>陶粒填料是CBAF工艺理想的填料，采用充氧自然挂膜的方式，挂膜速度快。乙烯废水生化处理出水通过CBAF处理后，各项污染物得到了良好的降解：COD<,Cr>达到了42.5％的平均去除率，SS的平均去除率为56.9％；氨氮、石油类达到了乙烯水回用标准；挥发酚、硫化物在较小进水指标的境况下达到了100％的去除。CBAF处理效果优于乙烯厂废水处理现有砂滤-活性炭工艺。CBAF出水经活性炭过滤后，出水COD<,cr>30mg/L以下，悬浮物10mg/L以下，系统出水完全达到工业回用水水质标准。试验结果表明，CBAF-ACF工艺是一种非常高效的乙烯废水深度处理方法。CBAF工艺具有占地面积小、停留时间短、处理效率高、反冲洗周期长、操作简单等优点，值得推广应用。　　通过试验得到了影响乙烯废水深度处理的主要因素，确定了系统适宜的运行参数和工艺条件，CBAF-工艺：气水比3：1，停留时间1.O～1.5hr，反冲洗周期3～5d；ACF工艺：停留时间10～15min，反冲洗周期1～3d。为国内石化系统利用CBAF技术处理轻污染水及实现工业化处理提供了宝贵的经验。收起

关键词 : 乙烯废水隔离曝气活性炭过滤污染物降解

9. 含g-C3N4催化电极自偏压系统污染物去除研究

[学位论文] 于婷婷大连理工大学 2017年博士导师: 柳丽芬共154页

摘要 : 为解决废水处理过程中能耗高以及光催化剂需额外光激发才可产生稳定的电子与空穴的问题，本研究制备了低成本且催化性能较好的光电催化剂，在传统的光催化技术、微生物燃料电池与膜生物反应器的基础上，构建自偏压式光电催化燃料电池系统与催化膜生物... 展开为解决废水处理过程中能耗高以及光催化剂需额外光激发才可产生稳定的电子与空穴的问题，本研究制备了低成本且催化性能较好的光电催化剂，在传统的光催化技术、微生物燃料电池与膜生物反应器的基础上，构建自偏压式光电催化燃料电池系统与催化膜生物燃料电池系统，在室内光照条件下实现低能耗、高效率地降解各类污染物,研究内容如下: (1)通过溶胶凝胶、浸渍涂覆方法制得TiO2/g-C3N4二元复合异质结光电催化阳极，碳纤维布负载铂纳米粒子阴极，构建自偏压式光电催化燃料电池。室内自然光激发光电催化剂产生电子与空穴，且电子在g-C3N4与TiO2异质结间内建电场的驱动下发生转移，并活化氧气产生活性氧，用于罗丹明B(RhB)氧化降解，同时电子传递亦促进电子与空穴分离。研究发现该系统在室内自然光照(68Lux)、低温条件下阳极室内仍可高效降解RhB(97.5％，1.5h)并产电(0.6V，1000Ω)，单位时间、单位催化剂TiO2/g-C3N4去除114mg·g-1·h-1RhB，远高于传统光电催化燃料电池无额外光照时的电压与污染物去除率，总能耗仅为0.0085KW·h·L-1。 (2)为了低能耗且高效地同时降解不同种类污染物，应用TiO2/g-C3N4与WO3/W分别作为阳极与阴极，构建自偏压式光电催化燃料电池系统。相比于传统方法，该系统在无外加光照与外加偏压条件下，阳极室内电子活化氧气产生自由基，用于氧化降解污染物，如4h降解RhB(～75％)、三氯生(TCS，～92％)或黄连素(BBR，60％)，阳极电子传递至阴极还原硝态氮(NO3--N，～80％)，单位时间、单位催化剂TiO2/g-C3N4分别去除33mg·g-1·h-1RhB与5600mg·g-1·h-1NO3--N,200mg·g-1·h-1TCS与5600mg·g-1·h-1NO3--N,131mg·g-1·h-1BBR与5600mg·g-1·h-1NO3--N，污染物去除能耗均为0.0228KW·h·L-1。 (3)在室内微弱自然光照条件下，为了进一步促进光电催化剂电子自发产生与转移，在二元异质结光电催化剂基础上，制备p、n型半导体与导电基质复合的三元异质结光电催化剂rGO/ZnIn2S4/g-C3N4。在可见光照条件下对比自偏压光电催化燃料电池系统对TCS的降解率，30min时三元异质结光电催化电极(83％)优于二元(52.3％)与一元(ZnIn2S4，35％;g-C3N4，18％)。单位时间、单位催化剂rGO/ZnIn2S4/g-C3N4可去除780mg·g-1·h-1TCS，能耗仅为0.0120KW·h·L-1。室内自然光条件下，该三元复合光电催化剂中ZnIn2S4与g-C3N4界面间形成p-n异质结，异质结间电子自发转移，rGO作为电子传递载体加速电子传递，有利于电子与空穴分离。 (4)在光电催化作用的基础上，应用聚苯胺改性滤布负载产电微生物作为阳极以提高系统内偏压;制备三元g-C3N4-Fe-Co复合催化膜促进催化剂与污染物之间的接触作用，构建具有产电与去除污染物双重作用的催化膜生物燃料电池系统，在系统运行过程中，阴极负载g-C3N4-Fe-Co的电池电压(0.5-0.4V)优于对照组1(聚苯胺改性滤布阴极，0.2V)，与负载等量Pt-C催化剂的对照组2(0.5-0.3V)，最大功率密度分别为对照组1与2的38.5与2.4倍。COD与NH4+-N去除率分别为95.0±2.5％与85.0±2.5％，单位时间、单位催化剂g-C3N4-Fe-Co可去除1024mg·g-1·h-1COD与137mg·g-1·h-1NH4+-N，能耗为0.0137KW·h·L-1。且所使用的阳极材料、阴极材料、g-C3N4-Fe-Co材料成本分别降低约100倍，5倍、10倍。综上所述，本研究制备了具有较好光电催化性能的二元或三元复合光电催化剂，如TiO2/g-C3N4、WO3/W、rGO/ZnIn2S4/g-C3N4或g-C3N4-Fe-Co，构建自偏压光电催化燃料电池系统或催化膜生物燃料电池系统。室内自然光条件下，复合光电催化剂间自生内电场驱动电子自发转移，活化氧气产生自由基降解各种典型污染物。收起

关键词 : 光电催化剂自偏压系统制备工艺污染物降解

10. 钨酸铋基材料表界面调控及其增强光催化性能研究

[学位论文] 徐鑫源江苏大学 2023年硕士导师: 李华明共101页

摘要 : 现代纺织、制药等行业所排放的大量污水，给人类生活带来了严重的威胁。受污染的水渗入地面后，进一步导致土壤和地下水受到不同程度的污染。因此，开发新技术修复水体环境是保障人类可持续发展的前提。光催化降解技术因其具有成本低廉和环境友好等优... 展开现代纺织、制药等行业所排放的大量污水，给人类生活带来了严重的威胁。受污染的水渗入地面后，进一步导致土壤和地下水受到不同程度的污染。因此，开发新技术修复水体环境是保障人类可持续发展的前提。光催化降解技术因其具有成本低廉和环境友好等优点，备受科研工作者的青睐，关键在于高效光催化剂的构筑。研究发现，钨酸铋（Bi2WO6）是一种极具前景的光催化剂，被广泛应用于环境修复领域。然而，钨酸铋依然存在表面活性位点少、可见光利用率低、光生电荷复合快等不足，致使其实际应用仍然受到限制。本文主要通过表面羟基协同氧空位、贵金属表面负载、异质结构筑耦合金属掺杂双重改性等表界面调控方法，有效提升Bi2WO6材料光催化降解污染物的能力。本论文的主要研究内容为： 1.通过调节水热合成过程中乙二醇和水的比例制备了系列表面富羟基和氧空位的Bi2WO6光催化剂。氧空位的引入可以有效提升光生电荷的分离效率，促进分子氧转化为超氧自由基（?O2?），从而提升光催化剂降解罗丹明B（RhB）和四环素（TC）的性能。此外，Bi2WO6表面丰富的羟基基团提高了对富羟基有机污染物TC的吸附能力，进一步提升其降解性能。通过质谱（MS）确定了光催化降解过程中的中间产物并推测了可能的污染物降解路径。结合电子自旋共振谱图（ESR）和自由基捕获实验探究了光催化降解过程中的活性物种，并提出了可能的光催化降解机制。 2.采用原位化学还原法制备了银（Ag）纳米粒子修饰的Bi2WO6超薄纳米片复合材料。活性最佳的Ag/Bi2WO6-2复合材料对RhB和2-巯基苯并噻唑（MBT）的光催化降解性能分别是Bi2WO6超薄纳米片的1.93和1.53倍。实验结果表明，Ag纳米粒子与Bi2WO6之间紧密的界面结构提升了光生载流子的分离效率，促进了分子氧转化为?O2?。ESR和自由基捕获实验表明，?O2?和空穴在有机污染物光催化降解过程具有重要作用。此外，结合MS技术探究了Ag/Bi2WO6-2复合材料光催化降解RhB和MBT的可能路径。 3.采用氯化锡刻蚀法构筑了锡掺杂氯氧铋负载钨酸铋复合材料（Sn-BiOCl/Bi2WO6），系统研究了异质结构筑和金属掺杂对光生电荷分离效率的作用机制。实验结果表明，Sn2+/Sn4+氧化还原对和异质结界面协同促进了光生电荷分离和?O2?的产生。与Bi2WO6和BiOCl/Bi2WO6相比，Sn-BiOCl/Bi2WO6材料对RhB的光催化降解速率分别提高了2.75和1.95倍。同时，研究发现碳酸氢盐和亚硫酸盐可以活化反应体系中产生的过氧化氢，进一步促进活性氧物种产生，加速环丙沙星（CIP）的光催化降解。此外，通过MS技术进一步探究了Sn-BiOCl/Bi2WO6材料可能的光催化降解RhB和CIP路径。根据ESR和自由基捕获实验推测了可能的光催化降解机制。收起

关键词 : 钨酸铋光催化电荷分离分子氧活化污染物降解