开题报告
一、背景介绍
水环境保护是当前人类社会广泛关注的一个问题，随着我国国民经济的快速发展，工业生产生活中的高浓度有机废水对我国的水资源造成了严重威胁。其中，杂环化合物的独特结构和性质使其在高效农药生产和有机药物合成等方面[1]占有重要地位。大部分废水中难降解有机物都含有难降解杂环物质，其成分复杂，且浓度波动频繁，可生化性较差，处理难度较高，在普通生物处理过程中，很难开环彻底降解。现有的水处理方法，对可生化性差的持久性有机污染物处理难度较高，难生物降解废水的处理研究成为了环境工程水处理研究的热点和难点。
本文将以难降解的杂环物质为代表，探究催化剂对杂环类化合物模拟废水的处理效果，为机理研究提供理论支撑和参考依据。
二、高级氧化法
近年来，高级氧化法（Advanced Oxidation Process,简称AOPs）由于其反应快速高效及适用范围广，被广泛应用于水处理工业中，AOPs可通过氧化作用以提高难降解有机物质的可生化性或将有机物质直接矿化完全。AOPs在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，具有很好的应用前景。根据自由基的产生方式和种类不同，高级氧化技术主要有过硫酸盐氧化法、臭氧氧化法、光催化氧化法、电化学氧化法和Fenton氧化法等[2]。
以上方法中，臭氧氧化法需要昂贵的臭氧发生器，单位电能产生的臭氧含量有限且速率不高;光催化氧化法依赖光催化剂，催化剂的表面容易发生性变而不利于长期使用，且降解效率不理想;电化学催化氧化法虽然效率很好，但也存着电耗过大，电极材料成本高和阳极腐蚀等问题;湿式氧化法去除有机污染的效果突出,但所需的高温高压环境需要昂贵的配套设备，限制了其广泛应用。Fenton法具有反应速率快、氧化能力强、适用范围广、无污染或污染小等优点 [3]。
Fenton氧化法作为一种经典的高级氧化技术，具有反应条件温和、操作简单的优点。在酸性条件下， Fe2 与H2O2反应产生·OH（公式1）[4]，·OH的强氧化性能将大分子有机物氧化成小分子有机酸进而矿化为CO2和H2O。
Fe2 H2O2→Fe3 ·OH OH- （1）
目前，Fenton反应被广泛地应用于各种有机物的降解，相关的降解机理不断完善。Richard G等[5]研究了不同pH条件下的羟基自由基生成的动力学分析，结果表明双氧水在pH=3.0左右，产生的·OH数量更多，同时还对光辅助Fenton反应进行初步探讨。C.L.Hsueh等[6]在低浓度的Fe2 条件下，进行芬顿降解偶氮染料，研究表明降解反应的最优范围为pH2.5~3.0，且有机物的降解速度，要远远快于其矿化速度。而过高浓度的H2O2会与·OH反应，反而会阻碍有机物的降解。虽然传统均相芬顿被广泛应用于工业水处理，但在反应时易产生大量铁泥，且对体系的pH要求苛刻，这些缺陷成为均相芬顿反应发展的瓶颈。
三、非均相Fenton反应
非均相Fenton氧化反应又称异相Fenton氧化反应，是在传统的均相Fenton反应的基础上发展起来的一种氧化技术[7]，通过含铁的固体物质或者将含铁固体物质固定到载体(如粘土、分子筛、介孔硅等)上代替均相的亚铁盐与H2O2反应[8]。近年来的研究表明，异相Fenton氧化反应与均相Fenton氧化反应相比具有极大的优势[9]：分布均匀、利用率高、无二次污染、反应结束后催化剂易于回收等，是一种较为优良的反应进程[10]。异相Fenton由于其较多的优势引起研究者们的广泛关注。大量的研究结果表明，如何制备一种具有强稳定性和催化活性的催化材料是异相Fenton催化材料的研究重点。
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