钙钛矿类过渡金属氧化物催化臭氧化效能研究.pdf

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

摘要

在全球缺水这样的大环境下，我们中国更是一个水资源稀缺的国家，人均

水资源占有量仅为世界平均水平的四分之一，所以处理好水资源污染尤为重要，

高级氧化技术(AdvancedOxidationProcesses,AOPs)中的臭氧催化氧化是新兴的

一门技术，而非均相臭氧催化氧化技术又因为其催化剂可回收、催化效果好而

备受关注，本文旨在考察钙钛矿型过渡金属氧化物材料在催化臭氧氧化去除药

物和个人护理品(PharmaceuticalsandPersonalCareProducts,PPCPs)中的磺胺甲

噁唑(Sulfamethoxazole,SMZ)的效果，探究催化反应的机理。

本文将3类钙钛矿型过渡金属氧化物CaFeO、LaFeO和LaMnO前体材

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料以溶胶-凝胶法制备出来，并分别在不同温度下煅烧制备出催化剂，相同条件

下进行筛选实验，CaFeO-700(CFO-700)材料的催化性能最好。对材料进行了

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SEM、XRD、FTIR、XPS、BET和TG等表征，确定了材料的表面形貌、晶型、

官能团、比表面积和孔结构等特征。接着对催化臭氧化体系中的臭氧投量、SMZ

初始浓度、催化剂投量、温度、pH值、腐殖酸浓度和氯离子浓度对SMZ的降

解效果进行考察，并对实验数据进行了动力学拟合。

研究发现，在较低浓度时臭氧投量和催化剂投量与降解率呈正相关，到了

-

一定水平后降解率提升缓慢；SMZ的初始浓度和Cl浓度与降解率呈负相关；

体系温度和初始pH和降解率呈正相关；腐殖酸在低浓度时会促进催化臭氧化

以提高降解率，在高浓度时会抑制反应进行，使降解率降低；而且催化臭氧降

解SMZ符合假一级动力学方程。

以羟基自由基的猝灭剂和EPR技术两种检测方法推断出催化臭氧化体系中

的主要活性物质为羟基自由基，并且通过LC-MS对检测出了SMZ降解时的中

间产物，推测出了SMZ可能的降解路径。研究还发现，CFO-700材料主要依靠

臭氧的亲电反应来促进臭氧的分解产生羟基自由基降解SMZ，臭氧分子也氧化

降解了部分SMZ。

关键词:PPCPs；SMZ；钙钛矿型过渡金属氧化物；催化臭氧化；降解

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哈尔滨工业大学工程硕士学位论文

Abstract

Inthecontextofglobalwatershortage,weinChinaisacountrywithscarce

waterresources,andthepercapitawaterresourcesareonlyaquarteroftheworld

average,soitisparticularlyimportanttodealwithwaterpollution,andozone

catalyticoxidationinadvancedoxidationtechnology(AOPs)isanemerging

technology,andheterogeneousozonecatalyticoxidationtechnologyhasattracted

muchattentionbecauseofitscatalystrecoverabilityandgoodcatalyticeffect.This

paperaimstoinvest