活性炭催化降解富里酸的效率

　　富里酸，其是腐殖物质的一个主要成分，可在自然水域和废水中发现，特别是在垃圾渗沥液中。在最广泛的术语中，腐殖质的结构可以描述为带有羧基、酚基和烷氧基的共价连接的芳香族和脂肪族残基的组装。富里酸的这些常见功能组使富里酸有可能导致许多严重的环境问题。活性炭具有良好的吸附和催化性能，通过零价铜壳聚糖活性炭在催化湿氧化法中研究了富里酸的降解效率。

　　零价铜壳聚糖活性炭的表征

　　零价铜壳聚糖活性炭的组成通过X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征。43.46°、50.56°和74.31°的衍射峰与零价铜的标准图案很好地匹配。所述Cu2p XPS光谱中显示出CuO的峰在943.3eV的以及铜的峰在931.7eV和951.6eV的。所有结果表明催化剂中存在零价铜。零价铜壳聚糖活性炭对应于C-O-C拉伸、C=O弯曲和O-H拉伸。所有这些都表明零价铜壳聚糖活性炭上的羧基可以促进电子转移。此外，扫描电子显微镜(SEM)形貌(图1)表明零价铜壳聚糖活性炭表面具有多孔网络结构，截面图显示铜微晶颗粒在内部均匀分布。

　　图1：(a)活性炭的外表面SEM放大2000倍，(b)放大5000倍，(c)活性炭的内切面SEM放大2000倍，(d)放大8000倍。

　　测试实验

　　催化湿氧化法反应在温度可控的反应器中进行。用0.5M H2SO4和1M NaOH溶液调节水样的pH值，并在水样中加入适量的零价铜壳聚糖活性炭。当反应温度达到设定温度时，将30%的H2O2通过输送管滴入反应器中，使氧化氢与催化剂充分接触，产生强氧化性自由基，如·OH、·O2、等。这些自由基可以将有机物氧化成小分子有机物，甚至H2O和CO2在不同条件下，每十分钟从反应流出物中取样一次。在样品中加入MnO2以防止过量的H2O2对检测结果的影响，然后将样品通过0.45μm的滤膜过滤以进行后续的结果检测。

　　不同体系下的去除效率及活性炭的稳定性

　　富里酸、TOC、色度的去除率分别以α、β、γ表示，如图2所示 。从图中可以看出，氧化剂H 2 O 2 的加入是至关重要的。实验组用H 2 Ø 2倍加有较好的去除富里酸，TOC和色度相比，有活性炭催化剂的组比没有催化剂的组实现了更高的去除率。三个指标的去除率都有所提高，尤其是TOC的去除率明显提高，从13.2%提高到81.9%，说明零价铜的加入可以大大提高催化湿氧化法反应中富里酸的矿化率。相同条件下，矿化率比无零价铜实验组高近2.5倍。零价铜对富里酸降解和脱色也有明显效果。结果表明，本研究制备的零价铜壳聚糖活性炭催化剂对富里酸去除和有机化合物矿化具有较高的催化活性。

　　图2：催化剂和氧化剂对照试验。

　　零价铜壳聚糖活性炭适用于催化湿氧化法中富里酸的降解。实验重复3次，富里酸的平均去除率为93.02%，与预测的目标响应值93.86%非常接近，表明模型建立准确。活性炭催化剂和氧化剂是催化湿氧化反应的关键因素。零价铜壳聚糖活性炭催化剂可以大大提高富里酸的矿化率。81.9% 的TOC去除率表明在催化湿氧化反应过程中大部分富里酸直接矿化成CO2和H2O，其中活性炭表现出高催化活性。铜离子的低浸出率也表明该催化剂具有良好的稳定性。