载钴累托石吸附催化双功能材料的制备及降解四溴双酚A的过程研究

溴代阻燃剂进入环境后具有POPs特征，危害人类的生存环境和人体健康，为了避免其成为"21世纪的PCBs"，急需研究能有效处置溴代阻燃剂的新方法。本项目以研究一种既具有强吸附能力又具有强催化能力的双功能材料为基础，构建溴代阻燃剂污染控制新方法。首先，以累托石为助催化剂和基底材料，以交换态钴离子或钴化合物为主催化剂，采用离子交换-原位水解沉淀复合技术对累托石进行柱撑改性，制备载钴改性柱撑累托石双功能强吸附性催化材料；然后，以四溴双酚 A为溴代阻燃剂代表，研究其在双功能材料上的吸附热力学和动力学，以过氧硫酸盐为氧化剂，构筑化学催化氧化降解新体系，研究吸附和催化之间的协同作用以及粘土矿与钴催化剂之间的协同催化作用，提出一种可高效处置四溴双酚A的新方法。本项目的实施与完成可为环境催化剂的设计和吸附-催化协同效应的构筑提供新的观点，溴代阻燃剂污染末端治理新方法的应用可产生重要的环境效益和经济效益。

本项目利用微波辅助离子交换-原位水解沉淀两步法，制备了钴/铁改性的累托石（CoR、FeR）。SEM、TEM、BET、XPS等测试结果表明，CoR、FeR的层间距及其暴露的内表面均较未改性的累托石大。例如，铁改性使其比表面积由7.64 m2/g 增大到94.0 m2/g。这是CoR与FeR具有良好的吸附-催化双功能的原因。在此基础上，构筑了FeR活化H2O2、CoR活化PMS降解的溴代阻燃剂四溴双酚A（TBBPA）新体系。循环实验结果表明CoR与FeR吸附-催化剂稳定性良好，可多次反复使用，并易于沉降，方便回收再利用。.利用Bi和Co之间存在强相互作用以及Bi的存在增加了表面羟基氧的含量，有利于 Co(II)-OH配合物的形成，还开发了Co3O4/Bi2O3纳米复合氧化物催化剂活化PMS。与纳米Co3O4相比，Co3O4/Bi2O3复合氧化物催化剂的催化降解能力提高了8.6倍，且Co的溶出得到了显著的抑制。还研制了含有铁和铜元素的CuFe2O4铁氧体，系统地研究了TBBPA在PMS/CuFe2O4体系中的降解过程、脱溴过程和TOC去除率，发现单独的PMS并不能降解TBBPA，加入催化剂后，TBBPA降解反应明显加快。.多溴联苯醚（PBDEs）是目前广泛、大量使用的一种溴代阻燃剂，与TBBPA相比，毒性更大、更难降能。本课题构筑了纳米Ag掺杂的TiO2光催化还原体系，旨在通过溴原子与Ag原子之间特殊强的亲和作用，弱化多溴联苯醚的C-Br键，实现高效还原降解多溴联苯醚，并同步实现高效其脱溴，防止毒性更强的低溴联苯醚的积累。与此同时，采用强极性的绿色溶剂水替代亲脂性溶剂乙腈作为多溴联苯醚的光催化反应的溶剂，由于多溴联苯醚极不溶于水，促使大量的溴联苯醚在TiO2光催化剂表面上吸附或聚集，从而更利于其被高效光催化脱溴降解。还通过反应溶剂的调节，增强了纳米TiO2光催化中•OH的产生数量及活性，首次实现了十溴联苯醚的高效氧化脱溴和深度矿化。考虑到PBDEs疏水性极强，在实际环境中易沉积或吸附在固体基质上，采用以金属氧化物脱卤剂、过硫酸盐氧化剂为磨剂，机械化学还原脱卤-氧化开环降解并矿化BDE209的固相直接处置新方法。