硝酸纤维素膜光降解水中对硝基苯酚的机制

为研究硝酸纤维素膜(NCM)作为新型污染物降解材料在水处理领域的应用潜力,本文以对硝基苯酚为目标污染物,NCM为活性氧物种来源,考察了溶液p H、光照条件、水体成分等因素对光解的影响及其作用机制.结果表明,NCM光致·OH量子产率为1. 30×10~(-4),是传统光催化材料TiO_2的1. 86倍.纯水中对硝基苯酚的直接光解速率仅为9. 52×10-4min-1,而在NCM存在情况下光解速率达到0. 005 5 min-1.这种促进作用主要是由NCM表面光致·OH引起的,其中UVA对光解起重要作用.水体酸性条件有利于NCM光解对硝基苯酚,在p H=2. 0时,降解率达到90%以上,相应的光解速率为0. 016 5min-1.对硝基苯酚的光解速率随光照强度、膜面积的增大而提高.水体成分对光解影响呈显著差异,NO-3可通过光致·OH的生成促进光解;而可溶性有机质主要通过滤光作用抑制对硝基苯酚的光解.气相色谱-质谱分析中间产物主要有苯酚、对苯二酚、丙二酸和草酸等,由此给出了可能的光解途径.     

硝酸纤维素膜光降解水中对硝基苯酚的机制

为研究硝酸纤维素膜(NCM)作为新型污染物降解材料在水处理领域的应用潜力,本文以对硝基苯酚为目标污染物,NCM为活性氧物种来源,考察了溶液pH、光照条件、水体成分等因素对光解的影响及其作用机制。结果表明,NCM光致·OH量子产率为1.30×10-4,是传统光催化材料TiO2的1.86倍。纯水中对硝基苯酚的直接光解速率仅为9.52×10-4min-1,而在NCM存在情况下光解速率达到0.0055min-1。这种促进作用主要是由NCM表面光致·OH引起的,其中UVA对光解起重要作用。水体酸性条件有利于NCM光解对硝基苯酚,在pH=2.0时,降解率达到90%以上,相应的光解速率为0.0165min-1。对硝基苯酚的光解速率随光照强度、膜面积的增大而提高。水体成分对光解影响呈显著差异,NO3-可通过光致·OH的生成促进光解;而可溶性有机质主要通过滤光作用抑制对硝基苯酚的光解。气相色谱-质谱分析中间产物主要有苯酚、对苯二酚、丙二酸和草酸等,由此给出了可能的光解途径。     

UV/MgO2体系对水体中双酚A的降解机制研究

双酚A(BPA)是一种典型的内分泌干扰物(EDCs),对人体和生物都存在毒性风险.高级氧化技术(AOPs)因其能产生大量的活性物种来降解污染物,成为目前处理环境中污染物最常用的方法之一.本研究采用紫外联合过氧化镁(UV/MgO₂)体系降解水体中的BPA,并探究了该体系对BPA的降解机制.实验结果表明,UV/MgO₂体系能够高效降解水体中的BPA,在1 h内降解率可达98%,体系降解的反应速率对比单独MgO₂和单独UV降解分别提高了约48倍和18倍.数据显示在0.5 g·L^-1 MgO₂浓度下BPA的降解速率最快.水体的pH、不同水体及水体中的不同离子对UV/MO₂体系降解BPA具有一定的影响作用(其中,SO₄^2-、HCO₃^-和HA有明显抑制作用),总体来说,体系的适应性较强.通过电子自旋共振(EPR)检测得知体系中存在·OH、¹O₂     

Co2+/CaO2/草酸高级氧化体系降解水中SMT的机理研究

过氧化钙(CaO₂)类芬顿反应对痕量有机污染物具有高效的处理效果.本研究建立了新型的Co²⁺/CaO₂/草酸体系,利用草酸缓解Co²⁺沉淀的形成及加速Co³⁺转化为Co²⁺从而增强Co²⁺对CaO₂的活化效率.以磺胺二甲嘧啶(Sulfadimethoxine,SMT)为目标污染物,研究了Co²⁺浓度、CaO₂浓度、草酸浓度、溶液初始pH值和水体中常见离子等因素对Co²⁺/CaO₂/草酸体系活性的影响.结果表明：在Co²⁺/CaO₂/草酸体系中,最佳投加量比例为Co²⁺∶CaO₂∶草酸=2∶1∶1时,反应10 min SMT的降解率可以达到70%,降解速率常数k比Co²⁺/CaO₂体系提升了5.26...     

紫外光降解水中痕量NDMA的效能研究

采用紫外光降解水中痕量亚硝基二甲胺(NDMA),研究了NDMA初始浓度、溶液pH值、光照面积、紫外光辐射强度以及水质对紫外光降解NDMA的影响.结果表明,紫外光能够有效降解水中的NDMA,紫外光解反应5min, NDMA去除率可以达到97.5%.初始浓度对NDMA的光降解去除率影响不大.随着pH值升高,紫外光解NDMA的反应速率呈现下降趋势,低pH值条件下光量子产率较高,溶液pH=2.2时NDMA具有最大光降解速率.NDMA的去除率随着有效光照面积的增大而增大,紫外光辐射强度的增加有利于NDMA的去除.水质对紫外光降解NDMA具有一定的影响,在自来水和江水为背景的2种对比体系中,光解NDMA去除率分别为96.7%和94.8%     

偶氮染料4BS光解动力学和总氮脱除的初步研究

采用单独紫外光氧化降解偶氮染料直接耐酸大红(4BS),研究了不同因素对4BS光解效果的影响,并初步考察了光解对4BS溶液总氮的去除效果. 结果表明,单独紫外光氧化法对4BS及溶液中的总氮有一定的去除效果. 在非强碱性条件下,4BS的光解过程符合准一级反应动力学模型. 速率常数随紫外光强的增强而增大,并且与初始ρ(4BS)呈负相关关系. 溶液pH是影响光解反应的重要因素,速率常数随pH升高而增加显著,强碱性条件下光解速率最快. 光解对溶液中总氮的去除分为三步,含氮结构的发色基团易吸收紫外光,在反应初期被降解而生成气态含氮物,生成的中间产物比较稳定,需要经过一段时间的能量积累才能继续降解,从而总氮的去除率再次升高.      

四环素在水体中的自然光解作用机制

近年来,抗生素引发的水体环境污染问题日益受到关注,光解是其在环境中消减的重要过程,但其中的关键机制及影响因素尚不明确.本研究系统地考察了初始浓度、pH以及无机离子、溶解性有机物等环境因子对四环素（TC）光解的影响,明确了自然光解的关键活性氧物种（ROS）,同时结合理论计算和降解产物的分析,揭示出了TC的自然光解路径及作用机制.结果表明,模拟自然光条件下TC可快速降解,5 μmol·L^-1 的TC在180 min内降解率为75.0%,符合一级反应动力学,反应速率常数为0.007 min^-1,远高于避光条件.随着TC初始浓度的上升,TC光解率和速率呈现出下降的趋势,并且碱性条件更有利于TC光解.水体中存在Cu（II）、Fe（III）和NO₃^-均能显著促进TC光解;富里酸（FA）则由于光屏蔽和淬灭作用对TC的光解产生显著抑制,但FA 和Fe（III）共存时,Fe（III）对光解的促进作用占主导.水体中TC的自然光解不仅存在直接光解,并且以超氧阴离子（O₂^-·）和羟基自由基（·OH）为关键ROS的自敏化光解在TC的光解过程中也起到重要作用.结合TC光解后的产物分析发现,发生间接光解后TC发生开环反应,相比于直接光解和自敏化光解降解地更充分.综上,TC在自然水体中的光解强烈受环境因素影响,可以通过增强活性氧介导的间接光解过程促进水体抗生素污染修复.     

氯离子活化过氧乙酸对罗丹明B的降解性能及机理研究

为解决传统H₂O₂(过氧化氢)体系对高盐特性染料废水去除效率低的问题,筛选合适的氧化剂迫在眉睫. PAA(过氧乙酸)因具备氧化还原电位较高、裂解所需键能较低、对pH适应范围更广等优点具有巨大的应用潜力. 因此,采用高浓度梯度Cl-活化PAA用于去除RhB(罗丹明B),通过对比不同体系的降解效果、控制Cl-浓度和PAA投加量等反应条件,探究Cl-/PAA体系降解RhB的催化性能及反应机理. 结果表明:①Cl-/PAA体系对RhB的氧化能力远高于Cl-/H₂O₂体系,并且RhB降解过程符合拟一级反应动力学模型,提高氧化剂PAA的投加量和催化剂Cl-的浓度、降低初始RhB浓度均有利于目标污染物的去除. ②在初始RhB浓度为10 mg/L、PAA投加量为2.0 mmol/L、Cl-浓度为400 mmol/L后续处理条件下,10 min内RhB的降解率达到96.2%. ③pH对RhB的降解影响微弱, Fe3+促进了RhB的降解,K+对降解过程轻微抑制,NO₂-、CO₃2-、HCO₃-则表现出非常显著的抑制作用,脱色率分别降低了70.8%、83.8%和90.8%,而Mn2+、SO₄2-对RhB降解无显著影响. ④RhB在超纯水、自来水及反渗透水不同水源中的降解率无明显变化,具有良好的应用前景;结合自由基捕获试验及电子自旋共振证明,Cl-/PAA体系中产生的乙酰氧基、乙酰过氧基及单线态氧是在RhB降解中起主导作用的活性物质. 研究显示,Cl-活化PAA对去除罗丹明B具有较高的催化活性,通过模拟实际废水证明Cl-/PAA是一种可行的高级氧化技术.      

草酸改性零价铁活化过硫酸盐降解地下水中2,4-DNT的研究

2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)作为重要的化工原料,由于储存和生产过程中的“跑冒滴漏”,已然成为地下水中常见有毒有害污染物之一,对人体健康和生态环境安全造成极大威胁. 以草酸与商品零价铁为原料,通过球磨法制备草酸化零价铁(OA-ZVIbm),并研究其活化过硫酸盐(PS)降解2,4-DNT的性能. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对活化剂进行表征,并考察活化剂和PS投加量、溶液初始pH及无机阴离子对2,4-DNT降解效果的影响. 结果表明:①通过球磨改性,零价铁表面氧化层被草酸亚铁壳层代替,加速铁核腐蚀生成Fe2+催化PS. ②在pH=7、0.2 g/L OA-ZVIbm和5 mmol/L PS的条件下,4.0 h内对50 mg/L 2,4-DNT降解率达到87.6%,降解过程符合准一级动力学方程. ③2,4-DNT降解率随OA-ZVIbm和PS投加量增加以及溶液初始pH的降低增加,但高浓度PS会抑制2,4-DNT的降解;NO₃?、CO₃2?、Cl?和SO₄2?通过淬灭自由基或者与亚铁离子发生共沉淀,对降解产生不同程度的抑制效果. ④自由基淬灭试验表明,体系中同时产生SO₄? ?、·OH和1O₂,但SO₄? ?在降解过程中起主导作用. ⑤降解中间产物鉴定表明,通过脱硝和氧化反应,2,4-DNT被降解成包括间苯二酚、丙二酸在内的毒性较小分子,可生化性显著提高. 研究显示,OA-ZVIbm能够高效活化PS,实现对地下水2,4-DNT的显著降解,具有一定的应用前景.      

UVA/Fe3O4活化过硫酸盐降解阿特拉津

为了解SO₄-·（硫酸根自由基）对阿特拉津的降解能力,以Fe₃O₄为K₂S₂O₈活化试剂,以阿特拉津为研究目标污染物,运用UVA/Fe₃O₄/K₂S₂O₈体系系统探讨阿特拉津在不同环境因素下的降解过程,并对催化剂的稳定性和重复利用进行了考察.结果表明:UVA/Fe₃O₄可以有效活化K₂S₂O₈来降解阿特拉津,最佳c（K₂S₂O₈）为1 mmol/L,反应6 h阿特拉津降解率可达到90%.淬灭试验表明,SO₄-·是该体系中的主要活性物种,贡献率约为96%;HO·的作用比较弱.初始pH为3时,阿特拉津6 h的降解率为98%,总铁的溶出量达到0.9 mg/L;而初始pH为7时,体系对阿特拉津的降解率达到85%,基本没有总铁的溶出,表现出了一定的稳定性.在腐殖酸存在的条件下,UVA/Fe₃O₄/K₂S₂O₈体系对阿特拉津的降解效果优于UVA/Fe₃O₄/H₂O₂体系.对Fe₃O₄催化剂进行3次循环测试,阿特拉津的降解率分别为90%、89%和86%.研究显示,UVA/Fe₃O₄能用于活化K₂S₂O₈的高级氧化体系中,可有效降解除草剂阿特拉津.      

环境因子对胡敏酸介导下SDZ光解行为的影响

研究了在纯水条件及两种不同来源胡敏酸（HA）介导下,磺胺嘧啶（SDZ）和水稻土胡敏酸（SDHA）、泥炭土胡敏酸（NTHA）的不同浓度、pH值、光敏离子（NO₃^-和Fe³⁺）、离子强度（NaCl）以及金属离子（Ca²⁺、Mg²⁺和K⁺）等环境因子对SDZ紫外光降解的影响.结果表明：光照下,pH=7.1对两种体系的SDZ光降解有促进作用且效果最好.低SDZ浓度（2mg/L）以及低HA浓度（15mg/L）条件下使SDZ光解速率较快.光敏离子中NO₃^-通过光生·OH,促进了纯水中SDZ的光解,但在HA体系中,HA具有猝灭·OH的效应造成SDZ的光解速率低于纯水;Fe³⁺在HA体系下均表现为抑制作用,且抑制强度为NTHA>SDHA.在纯水中SDZ的光解速率随NaCl浓度增加而增加,HA介导下,较低浓度NaCl（C_NaCl=50mmol/L）抑制作用较强.金属离子（K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺）在纯水中对SDZ的光解影响程度较弱,但在HA体系中均表现为抑制作用,抑制强度为K⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺,单价阳离子对SDZ光降解影响较为明显.     

Photolysis kinetics and influencing factors of bisphenol S in aqueous solutions

The photodegradation of bisphenol S (BPS) in aqueous solutions was studied under different conditions. Photolysis and kinetics were investigated, as were the photolysis mechanism and the influences of initial pH value, light source, and environmental substances in water. The results showed that the photolysis of BPS occurred under UV light, and the rate increased with light source intensity. The photolysis of 5.0-50.0 mg/L BPS in water followed first-order kinetics: the rate was γ= 0.0161C_BPS under a 40-W UV-lamp, and the degradation half-life was 43.1 min. Due to its absorption of light, direct photolysis of BPS was a predominant pathway for BPS but was not obviously affected by reactive oxygen species. The results confirmed that the photolysis rates of BPS in alkaline water solution were faster than those in acidic and neutral water solution because of the ionization of BPS. The photodegradation rate of BPS increased in the presence of chloride and ferric ions, while the rate was inhibited by nitrate and phosphate in aqueous solution.     

阿替洛尔在模拟太阳光照射下的光解

以1000W氙灯为光源,研究了阿替洛尔在模拟太阳光照射下的光降解行为,采用HPLC和SPE-LC-MS技术鉴定了阿替洛尔在250～600nm波长照射下的主要光解产物并提出了可能的光解途径.探讨了溶液pH值、硝酸根离子浓度、腐殖质和碳酸氢根离子等因素对阿替洛尔在模拟太阳光照射下光解的影响.结果表明,阿替洛尔在模拟太阳光下的直接光解很难发生,且改变溶液pH值不能促进直接光解.而在250～600nm波长照射下,阿替洛尔4h光解率达42%,光解途径主要有母体羟基化和支链的断裂反应.在模拟太阳光照下,NO3-对阿替洛尔光解有显著的光敏化作用,而富里酸(SRFA)光敏化作用微弱.HCO3-抑制了模拟太阳光照下阿替洛尔在NO3-溶液中的光解,腐殖质则通过自由基淬灭和内滤机制抑制了阿替洛尔在NO3-溶液中的光解.     

N2O2与UV-C灭藻的协同效果研究及工程实验

研究了UV-C/N₂O₂催化氧化去除鱼腥藻PCC7120的效果,探讨了各种因素如c(N₂O₂),pH,辐照度及反应时间对灭藻率的影响.结果表明,N₂O₂对UV-C(紫外线C波段辐照)灭藻具有协同作用,UV-C/N₂O₂高级氧化体系对鱼腥藻PCC7120具有很强的氧化能力.在藻液中c(N₂O₂)为1 mmol/L,反应温度为25℃,pH为6.8,紫外线辐照度0.54 mW/cm2及反应20min的条件下,受试藻种的灭活率5 d后可以达到85%以上.将N₂O₂与浸没式UV-C流动除藻装置结合进行流动式的灭藻实验,灭藻效果显著,鱼腥藻PCC7120体内的SOD酶和POD酶的活性及C-PC藻蓝蛋白、叶绿素a的含量都有大幅度的下降,且灭活后的蓝藻不会重新生长.      

UiO-66/BiVO4复合光催化剂的制备及其对四环素的光解

通过两步溶剂热法成功制备了UiO-66/BiVO₄复合光催化材料,考察其对四环素（TC）的光催化降解性能.在模拟可见光下,当锆（Zr）：铋（Bi）物质的量投料比为2：1时,对TC的光解效果最好（85.8%）.对TC的总去除率分别比纯UiO-66和纯BiVO₄提高27.1%和23.5%,降解速率是纯BiVO₄的47.9倍.通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外可见漫反射（UV-vis DRS）等对所制备的纳米光催化剂进行结构、形貌、组成及光电性能表征分析.结果表明：UiO-66与BiVO₄紧密结合形成Ⅱ型异质结,复合材料性能的提升归因于比表面积的和光生载流子分离率的提升及孔隙结构的改善.     

邻苯二甲酸二丁酯降解过程的单体同位素分析

研究对比了邻苯二甲酸二丁酯（DBP）在不同降解过程（水解、UV/H₂O₂光解、直接光解、过硫酸钾光氧化）中的碳、氢同位素组成变化、分馏特征及二维同位素（Δδ²H-Δδ¹³C）的相关性.水解反应中DBP分子产生了显著的碳同位素分馏,未发现氢同位素分馏,而且碳同位素富集因子ε_C为（-2.7±0.4）‰,表明DBP水解时发生C-O键断裂,氢原子不参与反应.而UV/H₂O₂光解和直接光解反应（pH值分别为2、7和10）中,DBP分子呈现了相似的二维同位素相关性Λ值[（9±2）~（11±2）],推测经历了相同的反应过程.过硫酸钾光氧化降解时,明显偏大的Λ值（31±3）说明反应可能发生C-H键断裂.结果表明：二维单体同位素分析（2D-CSIA）技术可以有效区分DBP的水解、光解、光氧化3种不同类型的降解过程,有助于分析其降解路径.     

不同波段紫外光对微囊藻毒素光降解的影响

为优化光降解法去除饮用水中的微囊藻毒素,分别用UVA(l=300～400nm)和UVC(l=253.7nm)2种紫外光源研究了紫外光波长对MC-RR降解效率的影响.结果表明,不同波段的紫外光具有不同的催化效率和降解中间产物.在UVA下照射12h后,MC-RR仍有30%～50%残余,同时产生2种几何异构体4(Z)-Adda-MC-RR和6(Z)-Adda-MC-RR,且二者在整个反应过程中保持恒定的比例.而在UVC下,MC-RR除生成2种异构体外,还生成中间产物[三环-Adda]MC-RR,在0.850mW/cm2光强下照射60min后,这些中间产物随MC-RR一起基本消失.两种情况下,MC-RR浓度随时间的变化均可用二级反应速率方程描述,表观反应速率常数(k)均随着光强度的增加而增大.尽管UVC强度仅为UVA的10%,但MC-RR在UVC下的反应速率常数却比UVA下高了近2个数量级.这表明,利用光降解技术去除饮水中的微囊藻毒素宜选用UVC光源.     

改性TiO2光催化膜处理贾鲁河河水效果

我国对地表水污染的大力治理已初见成效,但仍有一些地区(如我国中西部缺水地区)的地表水存在污染问题.缺水地区河道生态恢复缓慢,利用光催化膜对河水进行原位治理可辅助这类地区河道的综合整治.研究利用溶液流延法复合真空热处理法制得具有可见光活性的TiO₂光催化膜(N/C-TiO₂),利用扫描电镜表征光催化膜的形貌特征,通过其水处理效果评价其光催化性能.结果表明:①光催化膜材料表面暴露有TiO₂纳米颗粒团聚物,TiO₂纳米颗粒通过桥接成功生长在基体的表面,为催化剂在膜材料中的稳定性提供条件.②热处理温度对N/C-TiO₂膜光催化性能影响的试验结果表明,140℃热处理的N/C-TiO₂膜(140-N/C-TiO₂膜)的可见光催化活性优于120℃热处理的N/C-TiO₂膜(120-N/C-TiO₂膜),140-N/C-TiO₂膜在太阳光下对化学需氧量(COD_Cr)的处理水平高达100%.③光催化膜在自然光照下对贾鲁河河水的处理应用结果表明,N/C-TiO₂膜在降低河水COD_Cr、NH₃-N和TP浓度方面优于P25 TiO₂膜,其中,N/C-TiO₂膜对COD_Cr和BOD₅的日平均去除率分别达50.0%和31.9%,COD_Cr/BOD₅(浓度之比)由0.246升至0.358.④膜循环利用试验结果表明,经多次循环使用,降解效率趋于稳定,仅降低了9.5%,说明该膜具有较好的重复利用性.研究显示,N/C-TiO₂膜光催化技术可作为优良的地表水处理的原位治理技术,可用于辅助缺水地区的河道治理工作,实现地表水水质的改善,具有较好的实际应用价值.