论文部分内容阅读
近年来,科学界和公众关注的焦点集中在一类能够模拟或对抗内源性激素作用的新型环境污染物上。由于这个原因,这些化学物质被称为“内分泌干扰物”,包括邻苯二甲酸盐、增塑剂、表面活性剂、多氯联苯(PCBs)、二恶英、烷基苯(APs)、双酚A(BPA)、溴酸盐阻燃剂、多环芳烃(PAHs)和一些农药。双酚A(Bisphenol A,BPA)作为其代表物质,现已在地下水,地表水和废水中发现了超标浓度的存在,对环境及人体健康有着极大的威胁。因此,实现对水体中BPA的检测与降解至关重要。生物碳(Biochar,BC)是生物质在缺氧状态下热解灼烧产生的多孔性材料,孔隙多、表面积大、亲环境、低毒性、具有丰富的官能团,在酶固定化与高级氧化降解领域具有广阔的应用前景。本研究基于高导电性和高催化活性的生物炭材料构建了对BPA的生物检测和氧化降解体系,开展的主要研究工作和结果如下:(1)在900℃条件下热解生物质得到具有高导电性的生物炭材料,通过离心分离得到纳米级的生物炭颗粒(BCNPs),对表面进行弱氧化和磁颗粒修饰后(Mag-BCNPs-COOH),通过共价,交联和沉淀方法将酪氨酸酶通过单层固定和多层固定的方式负载到生物炭表面(TYR/Mag-BCNPs-COOH),以该复合物修饰磁性玻碳电极(MGCE)作为传感元件构建电化学生物传感器,发现复合物具有很好的电化学活性,且多层固定复合物(ML-TYR/Mag-BCNPs-COOH)对BPA的电流响应远高于单层(SL-TYR/Mag-BCNPs-COOH),同时在优化条件下,可在0.01–1.01μM的浓度范围之间对BPA进行高灵敏性检测,检测下限为2.78 nM。该传感器具有很好的重复利用性,重现性,稳定性及抗干扰性能,并在实际水样检测中取得了可靠的回收率。(2)通过控制热解温度获得了不同特性的生物炭材料(BC700,BC800,BC900),并研究了其催化过硫酸盐(PMS)降解BPA的能力。由于BC900具有较大的表面积和孔体积,为PMS提供了更多的活化位点,在BC900投加量为0.5 g/L,PMS浓度为1.0 g/L时,能够对20 mg/L实现高效降解(60 min,100%)。通过自由基淬灭实验以及自由基捕获分析,发现主要的氧化物种为单线态(1O2)和超氧自由基(O2-·)。实验结果表明,硫酸根自由基和羟基自由基发挥了有限的催化作用,而溶解氧的增加与反应中形成的电子空穴对BPA高效降解起到了一定的促进作用。电化学分析表明BC900具有优越的电子传递能力,对PMS活化效率远大于BC700和BC800。且BC900/PMS体系能在宽广的pH(1-11),在高浓度的阴离子和天然有机物存在的条件下,也能达到很好的降解效果。同时该体系在环境水体中也适用,对苯酚,罗丹明B,甲基橙等污染的水体也具有很好的修复效果。通过再次热处理可以对BC900实现重复利用,降解活性恢复至89%以上。