CuO活化过硫酸盐对孔雀石绿的降解

为研究CuO在活化过一硫酸氢盐(PMS)与过二硫酸盐(PS)降解染料时的差异,通过单因素控制实验,探究PMS/PS浓度、CuO投加量、初始pH和氯离子对CuO/PMS和CuO/PS体系降解孔雀石绿染料(MG)的影响。结果表明:常温常压下,在MG初始浓度为10μmol·L~(-1),PMS浓度为250μmol·L~(-1),CuO投加量为200 mg·L~(-1)的条件下,60 min后CuO/PMS体系对MG的降解率为86.73%;当MG初始浓度为10μmol·L~(-1),PS浓度为200μmol·L~(-1),CuO投加量为200 mg·L~(-1)时,60 min后CuO/PS体系对MG的降解率为79.07%,过量的CuO和过低的pH均会降低体系的氧化能力。当MG初始浓度为10μmol·L~(-1),氧化剂浓度为200μmol·L~(-1),CuO投加量为200 mg·L~(-1)时,CuO/PMS体系与CuO/PS体系对MG降解率分别为80.35%和79.07%,降解效果大致相当。在地下水/工业废水中氯离子普遍存在情况下,CuO/PS体系由于不产生硫酸根自由基,则避免了氯代副产物的生成,因而相对硫酸根自由基氧化体系具有一定优势。动力学分析显示,两种体系中MG的降解均遵循一级反应动力学模型。     

电催化氧化降解水体中抗生素磺胺

采用电催化氧化方式降解水体中抗生素磺胺(sulfonamide,SA),考察SA初始浓度、溶液pH、电流强度、电解质种类和浓度对SA降解的影响,运用循环伏安法和水杨酸自由基捕获法研究电催化降解SA的作用机制,并通过LC-MS分析电催化SA的降解产物。结果表明:SA初始浓度0.12 mmol·L~(-1)、溶液pH为3.0、电流强度20 mA·cm~(-2)、电解质Na_2SO_4浓度为50 mmol·L~(-1)时,电催化氧化降解3 h后SA降解率为89.2%;电催化氧化降解SA的一级反应是直接氧化和间接氧化共同作用的过程,一部分SA分子在阳极表面通过电子转移直接氧化生成一级产物,另一部分SA分子与电解体系产生的·OH发生间接氧化,2种一级产物继续被·OH氧化,生成马来酸和富马酸。     

次氯酸钙/氧化钙对高砷污泥的氧化稳定化处理

针对某硫酸厂废水处理后产生的高浓度含砷(As)污泥,开展氧化稳定化处理技术研究。以浸出毒性作为评价指标,探讨次氯酸钙和氧化钙联合使用对污泥中As的稳定化处理效果,结合XPS和XRD表征探讨了稳定化机制。结果表明:原始污泥中As主要以As(Ⅲ)形式存在,次氯酸钙能将As(Ⅲ)氧化成As(Ⅴ);加入氧化钙能同时提高Ca/As摩尔比和pH,Ca与As(Ⅴ)结合形成稳定的砷酸钙盐。依次加入质量比为5%的次氯酸钙和10%的氧化钙,使Ca/As摩尔比达到2.4以上,As的稳定化率达到99%以上,浸出浓度从181 mg·L~(-1)降低至1.5 mg·L~(-1),且浸出液pH小于12,达到《危险废物填埋污染控制标准》(GB 18598-2001)要求。     

射频放电诱导还原水中六价铬

采用射频放电等离子体对水中六价铬(Cr(Ⅵ))进行还原研究,用高速相机观察了放电过程中等离子体宏观形貌的变化,用光谱仪检测了放电产生的自由基种类,并考察了入射功率、初始pH,Cr(Ⅵ)初始浓度以及羟基自由基(·OH)清除剂对Cr(Ⅵ)还原的影响。结果表明:等离子体形貌在宏观上呈现周期性变化;放电产生了·OH和氢原子(·H)。降低溶液的pH,增加放电的入射功率以及加入·OH清除剂均有利于Cr(Ⅵ)的还原;·H和次级产物过氧化氢(H_2O_2)是Cr(Ⅵ)还原的主要活性物质;射频放电的能量效率高于光催化,与辉光放电和电晕放电相近。利用射频放电还原水中Cr(Ⅵ)是一种高效、简易的水处理技术。     

响应面法对泡沫铜阴极电芬顿产H_2O_2与·OH性能优化

泡沫金属因其三维结构及优良导电性,使其作为电芬顿阴极开始引起学者关注。选择泡沫铜为阴极、石墨棒为阳极,搭建微孔曝气均匀的玻璃反应器,提高体系传质效率,并通过响应面探索体系产H_2O_2和·OH的机理。用响应面设计3因素(pH、电流、Fe~(2+)初始浓度)3水平实验,得到体系产H_2O_2和·OH与3种因素之间的非线性回归方程,得到最优条件:当pH=2、电流0.25 A、Fe~(2+)初始浓度为15μmol·L~(-1)时H_2O_2产量最大,为457.27μmol·L~(-1);当pH=2、电流0.25 A、Fe~(2+)初始浓度为20μmol·L~(-1)时·OH产量最多,可达18.56μmol·L~(-1)。根据方差分析,二次模型显著性很高(R_(H_2O_2)~2=0.977 8,R_(·OH)~2=0.964 2),能够很好地模拟实验结果。通过铜溶出实验分析得出铜溶出量在0.4~1.8 mg·L~(-1)之间,符合现行污水排入城镇下水道水质标准(CJ 343-2010)。     

紫外活化过硫酸钠降解水中三唑酮的效能

针对常规水处理工艺难以去除原水中低浓度有机氯农药的问题,采用新型高级氧化技术——紫外(UV)活化过硫酸钠(PS)去除水中有机氯农药三唑酮(triadimefon,TDF),分别研究了TDF初始浓度、PS浓度、初始pH、氯离子浓度以及腐殖酸(HA)浓度对TDF降解效果的影响。结果表明:随着TDF浓度的增加,其去除率逐渐降低;PS浓度从100μmol·L~(-1)增到250μmol·L~(-1),TDF去除率可以提高6.83%;初始pH为5时,TDF的去除率最大;氯离子的存在会抑制TDF降解;存在HA时会降低TDF去除效果。当TDF浓度为200μg·L-1、PS投加量为250μmol·L~(-1)、pH为5、温度为(25±2)℃和反应时间为600 s的反应条件下,TDF的去除率达到99.83%。相比于单独采用UV辐照和PS氧化技术,UV/PS技术对TDF的去除率分别提高了64.2%和86.22%。TDF的降解机制是紫外直接光解和以硫酸根自由基(SO4·-)为主的自由基氧化的共同作用。     

紫外线/氯高级氧化降解甲基异噻唑啉酮

采用紫外线/氯高级氧化技术处理水中非氧化性杀菌剂甲基异噻唑啉酮(methylisothiazolinone,MIT),阐明了氯投加量、光强、pH值对MIT降解的影响。研究表明,紫外线/氯高级氧化可以有效去除水中的MIT,且效果优于单独紫外线照射和单独氯氧化的处理效果。MIT的紫外线、氯氧化和紫外线/氯高级氧化降解符合准一级动力学模型,其表观降解速率常数kobs分别为0.037、0.061和0.086 min-1。对于紫外线/氯高级氧化技术,提高氯投加量和紫外线光强能够促进MIT的降解。紫外线/氯高级氧化在酸性条件下对MIT的处理效果较好,不同pH条件下MIT的降解速率顺序为pH 5pH 6pH 7pH 8。研究对MIT处理过程中的消毒副产物产生情况进行了检测,结果表明,紫外线/氯高级氧化处理MIT过程中可生成水合氯醛,单独氯氧化过程中没有检测到水合氯醛的生成。MIT初始浓度30 mg·L~(-1)、氯投加量40 mg·L~(-1)、紫外剂量为2 340 m J·cm-2时水合氯醛的生成量为4.2μg·L~(-1),低于我国水源地标准限值(10μg·L~(-1))。     

碳纳米管催化臭氧降解PFOS动力学与过程控制

针对全氟化合物难降解问题通过碳纳米管(CNT)诱导臭氧高级氧化路径研究非均相催化体系对高稳性全氟辛烷磺酸(PFOS)的降解效能与机制。结果表明:CNT介质可催化臭氧通过C-F断键对PFOS强制氧化分解,其准一级降解常数(A=0.O_37 min~(-1),5 mg·L~(-1)CNT)均高于碱式臭氧处理(A:=0.009 min~(-1),pH=11)以及高负荷活性炭颗粒(A:=0.013 min~(-1)3 g·L~(-1)GAC);溶液pH是控制催化过程的重要因素酸性或碱性环境由于PFOS吸附阻隔均不利于CNT表面与溶解O_3的接触催化反应;结合羟基自由基淬灭实验,推测CNT通过表面石墨层促成·OH大量生成并在固/液界面原位降解PFOS。研究结果可为开发利用CNT介质强化臭氧水处理过程提供科学依据。     

UV光降解有机砷废水

阿散酸(4-氨基苯胂酸,PAA)作为饲料添加剂被广泛地应用于家禽养殖业,但是大部分PAA的化学结构不会改变。采用UV光降解水中PAA,并研究了PAA初始浓度、溶液pH、叔丁醇和腐殖酸对其降解效果的影响。结果表明:PAA能被UV高效完全降解,且光解过程受溶液pH、腐殖酸和叔丁醇显著影响。UV辐射20 min,PAA降解率为100%,且NH+4和无机砷(As(Ⅴ)/As(Ⅲ))是其主要的最终的降解产物。此外,根据自由基捕获实验和ESR检测分析,提出了PAA的光降解机理。在UV光照中,PAA的氧化降解一方面是由于直接的光解,另一方面归因于光敏化产生的氧化性自由基(·OH/1O2)参与的光氧化降解。研究结果有助于评价环境风险和PAA的去除。     

双室介质阻挡放电等离子体反应器降解亚甲基蓝

介质阻挡放电(DBD)等离子体技术可以有效地降解和矿化水中的亚甲基蓝(MB)分子。本文采用一种新型的双室DBD反应器通过处理亚甲基蓝溶液,研究了液体体积、下气室高度、输入功率、初始pH、初始浓度、曝气种类对MB降解的影响。结果表明,在液体体积50 mL、下气室高度7 mm、输入功率18 W、初始pH 4.0、初始浓度100 mg·L~(-1)、氧气曝气时,MB可以在20 min内几乎脱色完全。并提出了MB的降解是脱甲基化、臭氧直接氧化和羟基化共同作用的结果。     

零价铁渗透性反应墙原位修复含砷地下水的柱实验研究

为了解决地下水砷污染问题,设计了3根实验柱,开展了零价铁渗透性反应墙(zero valent iron permeable reactive barrier,ZVI PRB)原位修复5价砷的实验研究,调查了ZVI PRB的长期运行效果,探索了反应介质粒径、进水As浓度、渗流速度和腐殖酸(humic acid,HA)对反应墙除砷性能的影响。结果表明,PRB 1(铁粉,30~32目)的As去除率为76.2%~93.8%,出水As浓度为9.8~41.9μg·L~(-1);PRB 2(铁粉,300~325目)的去除率为84.4%~95.9%,出水As浓度为6.5~9.5μg·L~(-1)。ZVI PRB能有效地去除地下水中砷,且PRB 2比PRB 1的性能更高效更稳定并能保证出水水质满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中As限值要求(10μg·L~(-1))。在现有条件下,ZVI粒径和进水As浓度显著影响ZVI PRB的除砷性能,渗流速度基本未影响除砷性能,而HA显著抑制除砷性能。     

电化学氧化法处理含盐苯醌模拟废水

利用钛基二氧化铅电极(Ti/PbO_2)作为电催化活性阳极,通过电化学氧化技术对苯醌进行降解矿化,考察常见共存无机盐对苯醌废水降解效率的影响。结果表明,NaCl存在下苯醌废水溶液的COD去除率相比硝酸盐提高了62%,相比硫酸盐提高了45%,NaCl能够显著增强电氧化去除苯醌的电流效率。苯醌的降解对氯离子非常敏感,存在少量的氯离子即可以引起氧化效率明显增加。氯离子浓度越高,苯醌模拟废水的COD去除率越高;但当氯离子浓度高于0.3mol·L~(-1)时,COD去除率反而有所下降。pH为8的弱碱性环境更有利于含氯离子苯醌废水的电氧化降解反应。提高电流密度可增大COD去除率;但升高温度会降低COD去除率。在pH为8、NaCl浓度为0.3 mol·L~(-1)、电流密度为10mA·cm~(-2)、温度为20℃的条件下,初始浓度为100 mg·L~(-1)的苯醌经3 h电化学氧化降解后COD去除率可达80.9%。通过高效液相色谱对电氧化降解苯醌的中间产物进行分析,发现氯离子存在下苯醌的降解速度显著提高,中间产物顺丁烯二酸的生成速度更快,这说明由氯离子生成的强氧化剂对苯醌具有极强的开环能力。     

木糖高温厌氧发酵产氢的影响因素及两相产氢-产甲烷的能量转化效率

通过批次实验,考查了木糖高温(55℃)厌氧发酵中初始pH(5.0~10.0)和初始底物浓度(2.5~15 g·L~(-1))对产氢效率、液相产物以及木糖降解率的影响;并进行了两相产氢-产甲烷实验,对比单相产甲烷与两相产氢-产甲烷能量转化效率。结果表明:在初始pH=5.0或初始底物浓度为2.5 g·L~(-1)时无氢气产生,最大产氢率1.31 mol H2·(mol木糖)-1在pH=7.0,底物浓度7.5 g·L~(-1)时获得,同时木糖降解率和累积产氢量分别为97.48%和328.4 mL;其主要代谢副产物为丁酸和乙酸,属于丁酸型发酵。厌氧产氢后末端产物甲烷产率为274.9 mL CH_4·(g COD)-1,两相系统能量转化效率达到63.98%,高于单相产甲烷系统的49.39%。     

有机配体对铁电絮凝体系中羟基自由基氧化降解苯胺的影响

铁电絮凝(Fe-EC)是一种高效的水处理方法,但其中有机污染物的去除机制尚不明晰。为研究有机废水中常见的有机配体对铁电絮凝过程中羟基自由基(·OH)产生以及有机污染物降解的影响,采用了对照实验、淬灭实验和电子自旋共振(ESR)等测试方法。结果表明:草酸(H_2C_2O_4)和乙二胺四乙酸(EDTA)能有效促进铁电絮凝对苯胺(AN)的氧化降解,而·OH是起主要作用的活性氧化物;草酸和EDTA体系中主要存在的Fe(Ⅱ)络合物浓度与羟基自由基产率成正相关关系,1 mol的Fe(Ⅱ)-EDTA~(2-)会产生235 mmol的·OH,是草酸的9倍;EDTA会与污染物竞争羟基自由基。进一步分析可知,在铁电絮凝体系中,EDTA的浓度为0.05 mmol·L~(-1)时,对苯胺氧化降解的促进效果最佳。以上研究结果可为认识铁电絮凝中污染物的去除机制提供参考。     

CoFe_2O_4/TiO_2/鳞片石墨粒子电极光电催化降解罗丹明B

采用溶胶-凝胶法制成CoFe_2O_4/TiO_2/鳞片石墨粒子电极,用电子扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和X-射线光电子能谱仪(XPS)对该粒子电极的形貌、晶体结构和元素组成进行分析,并将其应用于罗丹明B(Rh B)的光电催化实验;考察电解质浓度、粒子电极投加量、电压、pH和初始浓度等因素对罗丹明B降解的影响,并研究了罗丹明B的光电催化降解动力学。结果表明:光催化和电化学联合作用时,产生协同作用;在电解质Na_2SO_4溶液浓度为0.03 mol·L~(-1),粒子电极投加量为6.67 g·L~(-1),外加电压为8 V,pH为3,反应时间为45 min时,浓度为15 mg·L~(-1)的罗丹明B的去除率达到97.6%;罗丹明B的光电催化降解反应符合假一级动力学模型。     

石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁对As(Ⅲ)的去除

以氧化石墨烯和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制得石墨烯/二氧化硅复合材料(GS),以GS为基体,采用液相还原法,得到石墨烯/二氧化硅负载纳米零价铁(NZVI/GS),将其用于水中As(Ⅲ)的吸附研究。通过XRD、TEM、BET、Zeta电位等表征手段对NZVI/GS进行表征。探讨不同反应条件对NZVI/GS的吸附影响,并进行动力学方程和吸附等温线方程拟合。结果表明,NZVI/GS对As(Ⅲ)具有良好的去除效果,当初始溶液pH为6~8,投加量为0.4 g·L~(-1),反应温度为35℃,砷初始浓度为2 mg·L~(-1)时,NZVI/GS对As(Ⅲ)的去除率高达99.81%。通过Langmuir等温吸附方程得到NZVI/GS对As(Ⅲ)最大吸附量55.93 mg·g~(-1)。     

基于常规饮用水工艺羟基自由基处理高藻水

我国水体的富营养化日益严重,水源地出现季节性藻类爆发现象,严重威胁饮用水安全。以厦门市莲坂水厂各工艺段出水为研究对象,采用大气压强电离放电产生羟基自由基(·OH),分别对水源水、混凝沉淀出水、砂滤出水进行处理,处理时间为4.5 s。当注入总氧化剂浓度为1.8 mg·L~(-1)时,高藻浓度从25.3×104cells·m L~(-1)降到800 cells·m L~(-1);对混凝沉淀出水注入总氧化剂0.6 mg·L~(-1)、砂滤出水注入0.2 mg·L~(-1)时,藻细胞都未检出;·OH处理后CODMn、TOC及UV254均有明显降低,砂滤出水三卤甲烷小于8μg·L~(-1);检测的各项指标均达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB 5479-2006)。因此,·OH可快速有效安全地杀灭高藻,为我国高藻水源地饮用水卫生安全保障提供技术支撑。     

光电催化去除柠檬酸铵中的氨氮

采用阳极氧化法制备了二氧化钛纳米管电极,以制备的二氧化钛纳米管电极为光阳极,采用钛片作为阴极,通过光电催化氧化方法对柠檬酸铵中氨氮进行了去除研究。考察了外加偏压、初始pH值、初始柠檬酸铵浓度,电解质的浓度对氨氮去除的影响。结果表明:与传统的光催化法和电化学法相比,光/电法在柠檬酸铵中氨氮降解过程中存在良好的协同效应;在电压为1.0 V,pH为12,Na Cl浓度为0.1 mol·L~(-1),初始投加柠檬酸铵的量以N计为25 mg·L~(-1)的条件下,紫外光照射下,采用二氧化钛纳米管电极,反应120 min后,柠檬酸铵中氨氮的降解达到60%左右。其中,柠檬酸铵中氨氮的降解产物中N2占82.6%。Ca Cl2对降解柠檬酸铵起到了加速活化作用。     

针对含砷硫酸烧渣酸浸液的铁盐沉淀固砷

为考察含砷硫酸烧渣中酸浸脱砷效果和铁盐沉淀固砷行为,采用常温常压酸浸法脱除硫酸烧渣中的砷,并对进入浸出液中的砷以铁盐沉淀的形式脱除,进而对沉淀渣的浸出毒性进行研究。同时,研究了磨矿细度、酸浓度、固液比、浸出时间对硫酸烧渣中砷脱除效率的影响。结果表明,通过控制浸出参数可以将硫酸烧渣中砷的质量分数降低到0.2%以下,通过调节浸出液的pH和Fe/As摩尔比将其中的砷以沉淀的形式脱除。当Fe/As 2、pH=4～6时,溶液中砷浓度降到了0.5 mg·L~(-1)以下。沉淀砷渣主要是以非晶态的形式存在,提高铁砷比有利于提高砷渣稳定性,从而降低浸出毒性。在Fe/As=3、pH=6.04～6.22的条件下,得到的沉淀渣的浸出毒性为0.711 mg·L~(-1)。因此,通过酸浸脱除硫酸烧渣中的砷,进而采用铁盐沉淀的方法能够实现硫酸烧渣中砷的安全处置。     

漆酶/介质系统催化偶氮染料直接橙S脱色

利用灵芝菌Ganoderma lucidum漆酶的催化作用对偶氮染料直接橙S进行脱色处理,考察脱色反应体系各因素对脱色率的影响,初步探讨漆酶对直接橙S脱色降解机理。结果表明,2,2’-连氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)可显著提升漆酶对直接橙S的脱色效果。直接橙S脱色效果受多种条件的影响,在直接橙S初始浓度50 mg·L~(-1)、漆酶加入量0.26 U·m L~(-1)、2,2’-连氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)10μmol·L~(-1)、pH 6.0、50℃条件下,可获得较好的脱色效果,90min后脱色率可达到62.99%。吸收光谱分析表明,漆酶与2,2’-连氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)的协同氧化导致直接橙S分子结构的改变,是其快速脱色的主要发生机制。