CuO催化分离膜活化过一硫酸盐去除水中亚甲基蓝的研究.pdf
背景介绍
文章亮点
1. 成功制备了CuO催化分离膜，可原位活化PMS高效降解水中亚甲基蓝；
2. 通过自由基捕获实验确定1O2是主要活性氧物种并揭示其降解机理；
3. 该膜经过10次循环试验后仍对亚甲基蓝具有高达98%去除率，证明了该膜具有良好的降解能力和稳定性；
4. 该膜能够有效适应水中无机阴离子（氯离子、碳酸氢根和硝酸根）、无机阳离子（钠离子和钾离子）和天然有机质（腐殖酸）的存在和较宽的pH范围，不受背景组分影响，证明了该膜具有良好的适应性和稳定性。
内容介绍
1 实验部分
CuO催化分离膜对MB降解性能的测试实验在室温(25±2) ℃条件下进行，取200 mL(20 mg/L) MB溶液，向溶液中加入浓度为0.5 mol/L的PMS溶液，形成含有0.5 mmol/L PMS的MB原水样。使用CuO催化分离膜，在操作压力为5×10-3 MPa下，过滤处理MB原水样，并在一定时间间隔取处理后的水样，用可见分光光度计测定MB的浓度。
2 结果与讨论
通过XRD对CuO晶体结构进行分析，结果如图1a所示。
图2为不同CuO负载量的催化分离膜的纯水通量-压力曲线。
如图3所示，CuO催化分离膜在没有PMS存在的情况下，在前1 min对MB的去除率可达60 %，在2 min后对MB的去除效果迅速降低。
由图4可以观察到，CuO催化分离膜对MB的去除率与其负载量呈正相关。随着CuO负载量增加，CuO催化分离膜对MB的去除率在10 min内从95.47 %上升至98.86 %。
如图5所示，当PMS浓度从0.17 mmol/L增加到0.33和0.50 mmol/L，在10 min时，CuO催化分离膜对MB的去除率从92.18 %提升到97.45 %和98.86 %，这是因为随着向体系引入的PMS浓度越高，CuO活化PMS产生的ROS越多，催化分离膜对MB的去除率提高。
如图6所示，当操作压力从0.005 MPa增加到0.010 MPa时，CuO催化分离膜对MB的去除率可达到99.22%。
如图7所示，在pH为3~12之间，CuO催化分离膜对MB的去除率均达98%以上，说明CuO催化分离膜具有较宽的pH适用范围。在酸性条件下，带正电荷的铜离子与带负电荷的PMS之间的静电吸引作用有利于铜离子活化PMS。
如图8所示，以p-BQ、FFA、phenol、TBA、MeOH分别作为O2·-、1O2、表面自由基、·OH以及SO4·-的猝灭剂，探究去除MB过程中起主要作用的ROS。
如图9所示，用负载量为79.58 g/m2的CuO催化分离膜处理100 mL含有0.5 mmol/L PMS的MB原水样，CuO催化分离膜对MB的去除率高达98%，在连续运行10次循环后，CuO催化分离膜对MB的去除率仍旧稳定在98%以上，说明CuO催化分离膜具有良好的稳定性。
为了探究无机阴离子对实验催化效果的影响，本文考察了Cl-、HCO3-和NO3-对CuO催化分离膜降解MB性能的影响。
为了探究无机阳离子对实验催化效果的影响，本文考察了Na+与K+对CuO催化分离膜降解MB性能的影响。
为了探究天然有机质对实验催化效果的影响，本文考察了HA对CuO催化分离膜降解MB性能的影响。
3 结论
