逆电渗析反应器阴、阳极联合降解酸性橙Ⅱ实验研究

通过对由溶液浓差能驱动的逆电渗析(RED)反应器阴、阳极联合降解酸性橙Ⅱ模拟废水串、并联两种流程的实验研究,结果发现:在膜电势作用下,有机废水流经RED反应器阴、阳极时会生成两种强氧化剂—次氯酸(HClO)和过氧化氢(H_2O_2),在强氧化剂的作用下废水中有机物会发生氧化降解.在通过正交实验方法获得的最佳操作条件下,对1 L浓度为150 mg·L~(-1)酸性橙Ⅱ模拟废水进行20 min的降解实验.3次实验结果表明,串、并联流程的酸性橙Ⅱ平均降解率分别为59.26%和87.93%,平均脱色率分别为57.08%和86.87%,均低于RED阴、阳极独立降解时的降解率和脱色率.原因在于:在联合降解条件下反应器阴、阳极之间的产物会相互干扰,使得废水中有机物降解率降低.但降解过程中循环废水的pH值可以保持稳定.     

甲硫醇降解菌群筛选及其降解特性研究

从处理甲硫醚(DMS)和丙硫醇(PT)混合废气的生物滴滤塔中富集出一组能够有效降解甲硫醇(MT)的混合菌群,并对其特性进行了系列研究.结果表明,该混合菌群能有效降解MT,菌群较为适宜的生长和降解条件为30℃、p H=7.0,在该条件下能将初始浓度为20 mg·L~(-1)的MT在70 h内降解完全.添加酵母膏(YE)后,MT降解速率进一步提高,降解所需时间缩短10 h.利用高通量测序技术分析混合菌群的群落结构,发现其中优势菌属为Pseudomonas sp.、Thiobacillus sp.和Acinetobacter sp.,所占比例分别为33.78%、21.91%和17.01%.中间产物检测结果表明,混合菌群降解MT的过程中产生了甲醛、H_2S、二甲基二硫醚(DMDS)等物质,推断MT的降解途径可能有如下2条:(1)MT在MT氧化酶作用下形成甲醛和H2S,随后氧化为SO_4~(2-);(2)MT依次转化为DMDS、DMS、二甲基亚砜(DMSO)和二甲基砜(DMSO_2),最后经甲基磺酸(MSA)可生成SO_4~(2-).     

活性炭电催化氧化技术降解废水中氯苯机理研究

采用活性炭电催化氧化技术,研究氯苯降解机理.配制质量浓度100mg/L的氯苯水溶液,在活性炭电催化反应器槽电流1.0 A,降解时间为10～120 min条件下,采用高效液相色谱仪和气-质联用仪定性分析氯苯降解产物,研究氯苯降解过程;控制降解时间30 min,在槽电流分别为0.5,1.0,2.0 A条件下,分析水样中强氧化剂·OH含量.研究结果表明,不同的时间,废水中氯苯降解生成的中间产物不同,中间产物主要有对氯苯酚、对苯二酚、对苯醌、丁烯二酸和草酸等:氯苯废水在电催化作用下,产生具有强氧化能力的·OH,其降解过程为:·OH先攻击苯环C1基团的对位,在亲电加成作用下生成对氯苯酚,C1基团再被·OH取代生成对苯二酚和对苯醌,接着被氧化开环形成有机酸类物质,最终被矿化为CO2和H2O,但有机酸矿化的过程比较缓慢.     

AEO-7改性PbO2电极电催化降解结晶紫

通过在镀液中添加表面活性剂AEO-7,以不锈钢为基体,利用阳极氧化法制备了改性PbO2电极.同时,在结晶紫模拟废水中对比了改性前后PbO2电极的阳极极化曲线和塔菲尔曲线,并对质量浓度为10 mg·L-1的结晶紫模拟废水进行了电催化降解实验.实验结果表明,制备的改性PbO2电极对结晶紫废水的降解显示出了较好的电催化活性,最佳电解实验条件为:电解电流密度30 mA·cm-2,支持电解质Na2SO4浓度5g·L-1,处理温度35℃,在此条件下电解40 min后,结晶紫的去除率可达到90％以上.     

UV强化草酸络合Fe3+活化过硫酸盐氧化降解苯胺

采用UV-草酸络合Fe~(3+)[UV-Fe(C_2O_4)3-3]活化过硫酸钠(PS)氧化降解苯胺,研究了Fe(C_2O_4)3-3浓度,PS浓度,pH对PS活化效率及苯胺氧化降解效果的影响机制.结果表明,Fe(C_2O_4)3-3浓度和pH决定了UV-Fe(C_2O_4)3-3体系中Fe~(3+)向Fe2+的转化过程,并对活化PS氧化降解苯胺产生显著影响.随着Fe(C_2O_4)3-3浓度增加,PS的分解率不断提高,但当浓度高于0.75 mmol·L~(-1)时,草酸根离子(C2O_2-4)对硫酸根自由基(SO·-4)的竞争以及SO·-4之间的相互淬灭作用降低了苯胺的降解效果,降解速率大小顺序为5 mmol·L~(-1)0.25 mmol·L~(-1)0.5 mmol·L~(-1)1 mmol·L~(-1)0.75 mmol·L~(-1);中性和碱性条件不利于Fe(C_2O_4)3-3发生光化学反应生成Fe2+,但当初始pH为7和9时,由于PS活化分解过程降低反应体系pH,反应300min时PS的活化率可分别达到74%和67%,苯胺去除率分别高达91%和97%,均高于初始pH为酸性条件下的结果;苯胺降解率随初始PS浓度增加而增大,当PS浓度大于10 mmol·L~(-1)时,苯胺降解过程由二级反应变为准一级反应,但此时过量的PS因与SO·-4发生反应而显著降低PS用于氧化降解苯胺的利用率.     

过硫酸盐-石灰苏打处理印染反渗透浓水研究

本文通过热活化过硫酸盐(PS)氧化印染反渗透浓水(ROC)中的难降解有机物,并辅以石灰苏打软水技术降低其硬度,以期实现印染ROC的回用.PS氧化研究表明,酸性条件相对于中性和碱性条件更有利于反应的进行,适宜的初始PS浓度为1000 mg·L~(-1),经济有效的活化温度为75℃.PS氧化降解ROC中难降解有机物的过程符合一级降解动力学模型.经PS氧化处理后,ROC中SO2-4浓度由9600 mg·L~(-1)上升到10350 mg·L~(-1),节省了回用时印染助剂的投加;TOC浓度1.0 mg·L~(-1),表明ROC中难降解有机物已基本矿化.石灰苏打脱除印染ROC中硬度的研究表明,150 mg·L~(-1)的石灰和800 mg·L~(-1)的苏打投加量是降低硬度的最为适宜的药剂组合方式.PS-石灰苏打处理印染ROC可稳定实现出水COD21.5 mg·L~(-1),硬度17.5 mg·L~(-1),满足印染废水回用要求.     

PFOS前体物质(PreFOSs)降解菌的分离鉴定及其降解特性

从氟化工厂附近土壤中分离出1株能以全氟辛烷磺酸前体物质(Pre FOSs)为唯一碳源和能源生长的降解菌PF1,经形态观察及16S r DNA基因序列分析,初步鉴定该菌为生丝微菌属(Hyphomicrobium sp.).在温度为30℃、p H为7.0~7.2条件下,菌株PF1对全氟辛基磺酰胺(PFOSA)和N-乙基全氟辛基磺酰胺(N-Et FOSA)48 h降解率分别为14.6%和8.2%,对PFOS无降解能力.对降解产物进行检测和分析,结果表明PFOSA的降解产物为PFOS;N-Et FOSA能被降解生成PFOSA和PFOS,同时也产生少量的全氟辛基磺酰胺乙酸(FOSAA).由此推断Pre FOSs降解途径,在菌株PF1的作用下,PFOSA脱去氨基直接转化成PFOS.NEt FOSA主要有2种降解途径:(1)N-Et FOSA脱乙基产生PFOSA,PFOSA再进一步脱氨基生成PFOS,此为主要途径;(2)NEt FOSA中的N-乙基被氧化成乙酸基生成FOSAA,FOSAA进一步脱去乙酸基生成PFOSA,并最终脱氨基生成PFOS.     

磺胺二甲基嘧啶(SM2)高效降解菌J2的分离筛选及降解特性研究

从城市污水处理厂活性污泥中分离得到一株能以磺胺二甲基嘧啶(SM2)为唯一碳源的菌株,经生理生化鉴定和16S rRNA基因序列同源性分析,将此菌鉴定为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus),命名为J2.不同条件下的降解特性研究结果表明,J2菌株具有极高的SM2耐受性(100 mg·L~(-1))、较广的温度(20～30℃)和pH(6～8)适用范围;在温度30℃、pH=8.0、初始OD_(600)=0.1、SM2起始浓度为50 mg·L~(-1)的条件下,J2菌株在36 h内对SM2的降解率可达100%,降解效率远超目前已报道的其他SM2降解菌株,展现出了良好的应用潜力.J2菌株降解SM2过程中产生了5种主要中间代谢产物,分析推断其降解SM2的途径分为两条:①磺胺二甲基嘧啶分子首先在酶促反应作用下脱除SO_2,生成嘧啶环和苯胺环自由基,这两种自由基再经过环间耦合生成N-(4,6-二甲基嘧啶-2基)-1,4-二苯胺,该分子中的C—N键在活性氧物种的作用下断开生成苯胺和2-氨基-4,6-二甲基嘧啶;②在漆酶的作用下N~4键断裂,产生N-(3,5-二甲基嘧啶)-苯磺酰胺,之后N-(3,5-二甲基嘧啶)-苯磺酰胺的N—S键断裂,进一步形成2-氨基-4,6-二甲基嘧啶和苯亚砜.     

聚乙烯醇降解酶酶解聚乙烯醇最优条件研究

为了提高聚乙烯醇(PVA)降解酶的催化降解能力,对假单胞菌Pseudomonas.sp XT11-Z90S产生的聚乙烯醇降解酶的降解条件进行了优化.同时,通过单因素实验研究了PVA浓度、温度、缓冲液pH对降解酶活性及PVA降解率的影响.最后,应用响应面分析方法对影响聚乙烯醇降解酶酶活的3个因素进一步优化.结果表明,单因素实验得出的适宜PVA浓度、温度、pH分别为1.0g·L-1、50℃、7.0.响应面分析法得出的最适的降解条件为:PVA浓度0.84g·L-1,温度53.5℃,pH值6.8.在最优条件下,PVA降解酶酶活达到了20.3U.mL-1,比优化前的12.2U.mL-1提高了66.4%.且6h后其降解率达到了52.6%.     

热活化过硫酸盐氧化降解水溶液中的抗生素卡巴多司和奥喹多司

硫酸根自由基(SO■)高级氧化技术(SR-AOPs)是一种新型的原位化学氧化技术(ISCO),在水处理领域具有广阔的应用前景,可用于治理土壤和地下水中抗生素污染.本研究采用热活化过硫酸盐(PS)产生SO■,考察其对水溶液中抗生素卡巴多司(CBX)和奥喹多司(OQX)的降解效果,评估操作参数和水质成分对CBX降解的影响,并对CBX的降解产物进行鉴定.结果表明,与OQX相比,CBX更容易被热活化PS工艺氧化降解,这可能是因为CBX含有富电子的腙支链,而OQX含有惰性的酰胺支链.升高温度、增加PS浓度和降低溶液pH值均可显著促进CBX的降解.HCO~-_3的存在对CBX降解有促进作用,可能是由于生成的碳酸根自由基(CO■)参与了反应.Suwannee河富里酸(SRFA)具有双重影响,低浓度时促进CBX降解,而高浓度时呈现抑制作用.NO~-_3的存在对CBX的降解没有明显影响,而NO~-_2的存在可以显著抑制其降解.CBX在天然地表水中的降解效率低于在地下水中的效率,可能与不同水质中天然有机质的含量有关.产物鉴定表明,热活化PS氧化降解CBX生成了羟基化、脱氧和支链断裂产物,表明氧化反应主要改变了CBX分子中的腙支链和N—O结构.研究表明,热活化PS工艺可有效降解水溶液中的CBX和OQX,但在该技术实际应用时应充分评估天然水质成分的影响.     

Fe3O4/CeO2复合材料催化降解橙黄G的效能及降解途径

为研究磁性纳米Fe₃O₄/CeO₂复合材料在高浓度难降解有机废水处理中的应用,利用共沉淀法制备Fe₃O₄/CeO₂复合材料,并将其作为非均相类Fenton催化剂降解橙黄G染料废水,利用单因素法优化出最佳降解工艺,同时利用TOF-MS/MS(飞行时间质谱)检测降解中间产物,推测出可能降解途径.结果表明,当Ce/Fe为1 :1(质量比)时制备的Fe₃O₄/CeO₂复合材料催化效果最佳.最佳降解工艺条件:初始pH为2.0,温度为30 ℃,H₂O₂投加量为30 mmol/L,Fe₃O₄/CeO₂复合材料的投加量为2.0 g/L,初始ρ(橙黄G)为50 mg/L.在最佳降解工艺条件下反应120 min后,橙黄G去除率为96.2%,TOC去除率为65.0%,Fe₃O₄/CeO₂复合材料至少可重复利用6次.研究显示,橙黄G降解主要有三条可能的降解途径,包括偶氮键断裂、偶氮键与苯环断开、脱磺酸基、羟基化以及开环等过程,共检测出八种可能的降解中间产物,主要有苯胺、苯酚、萘酚以及羧酸等.      

O3/H2O2降解水中扑灭通效能研究

利用拟一级降解速率常数表征O3/H2O2对扑灭通(Prometon)的氧化效能,探讨了n(H2O2)/n(O3)、pH值、水质和碳酸氢根离子对去除的影响,对有机氧化产物进行了气相和液相质谱分析,以离子色谱法测定了反应过程中产生的NO3-,在此基础上对扑灭通降解途径进行了研究.结果表明,扑灭通初始浓度2 mg.L-1,反应温度25℃,O3投量13 mg.L-1时,最佳反应条件为n(H2O2)/n(O3)=0.7,体系pH为7～8;扑灭通在自来水中的去除效果好于纯水;HCO3-浓度>50 mg.L-1时,对扑灭通的氧化有明显的抑制作用.液质和气质的分析结果表明扑灭通并未开环,氧化过程中扑灭通三嗪环支链上的2个异丙基首先被氧化脱去,离子色谱检测到的NO3-是三嗪环支链胺基氧化的产物.     

CuO(-CeO2)/Al2O3催化剂对萘催化氧化性能研究

采用浸渍法制备了CuO/Al2O3、CeO2/Al2O3和CuO-CeO2/Al2O3这3种催化剂,通过氮吸附、SEM、XRD等手段对催化剂的结构及组成进行了表征,利用固定床反应装置考察了活性组分、气体流量、催化反应温度对萘催化氧化性能的影响.结果表明,18%CeO2/Al2O3的萘催化活性较低,18%CuO/Al2O3和9%CuO-9%CeO2/Al2O3的活性较高,两者在300℃时对萘的去除率分别达到91%和89%;CuO-CeO2/Al2O3催化剂具有比CuO/Al2O3更好的低温活性;气流量的变化对两种催化剂性能的影响不大.     

V2O5-WO3/TiO2催化剂与活性炭混合降解气相二噁英

基于二噁英稳定发生装置,研究在低温条件下(160℃)V2O5-WO3/Ti O2催化剂与2种活性炭(煤基活性炭及椰基活性炭)的物理混合物对气相二噁英(毒性当量质量浓度为9.80 ng·m-3)催化降解作用.结果表明,在加入活性炭后,二噁英的脱除效率及降解效率都有一定提高(20%左右).与椰基混合物相比,虽然煤基混合物对二噁英的脱除效果较弱,但其降解效果更好.调整混合物的比例会造成二噁英脱除效率及降解效率的改变,总的来说,在提高催化剂的比例后,二噁英脱除效率略有下降,但降解效率会有较为明显的提升.当反应气氛中的氧体积分数为0%时,将严重影响催化剂活性,导致绝大部分二噁英被吸附在混合物中而无法被催化氧化,随着氧体积分数的提高,二噁英的降解效率将大幅提高.为了提高二噁英的降解效率,向反应系统引入200 mg·m-3的臭氧,实验结果表明在一定条件下臭氧可以提高二噁英的催化氧化效果,但同时会与混合物中的活性炭发生反应,影响混合物的使用寿命.引入臭氧后,当煤基混合物配比为1∶1,反应温度为200℃时,二噁英的脱除及降解效率达到最高,分别达到98.0%和94.8%,尾气中的二噁英的毒性当量质量浓度仅为0.51 ng·m-3.     

UV/H2O2工艺降解微囊藻毒素-LR

采用UV/H₂O₂联合工艺,研究了光强、初始浓度、H₂O₂投加量、pH及阴离子对微囊藻毒素-LR (MC-LR)去除率的影响.结果表明,单独H₂O₂对MC-LR基本无去除效果;单独UV工艺可以一定程度上降解MC-LR;而UV/H₂O₂联合工艺由于发生协同作用明显提高降解效率.试验发现,随着光强的增大,MC-LR的去除率不断提高;随着MC-LR初始浓度的增大,其去除率不断降低;随着H₂O₂投加量的增大,降解速率常数逐渐增大,当H₂O₂投加量由1 mmol/L增大到3 mmol/L时,降解速率常数由0.084 4上升到0.166 4;当pH为3.13时,在相同条件下MC-LR的去除效果最好;阴离子的投加不利于MC-LR的降解,其中CO^2-₃、NO^-₃影响最大.     

SiO2纳米颗粒内嵌强化介孔TiO2单晶光催化降解盐酸四环素

吸附性能和光生载流子的分离效率是决定光催化降解抗生素的主要因素.为提高介孔TiO_2单晶(MSCs)的吸附性能和光生载流子的分离效率,在MSCs内部构建SiO_2纳米颗粒吸附结构.同时,利用表面光电压谱、氮气等温吸附-脱附、X射线衍射等研究其结构特性.最后,以盐酸四环素为抗生素代表,通过控制SiO_2纳米颗粒比表面积,考察SiO_2对复合材料吸附及光催化性能的影响.结果表明,SiO_2纳米颗粒与TiO_2单晶复合显著提高了材料的吸附性能,表面保护蚀刻进一步提升了材料的比表面积.实验条件下,高比表面积SiO_2-TiO_2单晶复合材料(KSiO_2@TiO_2)对盐酸四环素的平衡吸附量、降解效率、降解速率常数和矿化率分别达到了0.96 mg·g-1、90.2%、0.0079 min-1、54.4%,分别是MSCs的4.4、1.5、2.6和3.1倍.副产物分析表明,SiO_2复合介孔单晶材料更易将盐酸四环素降解为小分子物质.     

基于ZrO2/TiO2催化H2O2氧化低温脱硝的实验研究

以纳米TiO_2为载体,采用等体积浸渍法掺杂过渡金属氧化物ZrO_2进行改性,制备了一系列ZrO_2/TiO_2催化剂,以催化H_2O_2低温氧化NO脱硝,并采用X射线衍射(XRD)、H_2程序升温还原(H_2-TPR)、O_2程序升温氧化(O_2-TPO)、X射线光电子能谱(XPS)及电子顺磁共振(EPR)等表征分析探究了影响H_2O_2脱硝活性的因素.表征结果表明ZrO_2的负载量会影响催化剂中晶格氧的含量,晶格氧相对含量的增加有利于氧化还原反应中的电子传递,这是促进H_2O_2活化分解的关键.在微观表征的基础上,通过实验研究筛选获得了催化剂的最佳ZrO_2负载量,同时对比考察了非催化和纳米TiO_2催化作用下的H_2O_2氧化低温脱硝性能;针对获取的最优催化剂,进一步考察了不同烟气工况对催化剂活性的影响.实验结果表明,ZrO_2/TiO_2催化剂能有效促进H_2O_2的活化分解实现低温脱硝,且ZrO_2负载量为4%(质量分数)时,催化活性最高;在烟温为160℃、[H_2O_2]/[NO]物质的量比为2及空速为30000 h~(-1)时,NO转化率最高可达81%.     

锐钛矿型TiO2光催化降解异噻唑啉酮废水研究

本文制备了自然光照条件下能有效降解异噻唑啉酮模拟废水(主要成分MI和CMI)的锐钛矿型TiO2光催化剂,并通过电镜分析(TEM、HRTEM)和XRD手段对其进行表征,优化了光催化处理异噻唑啉酮模拟废水的反应条件,并分析了异噻唑啉酮的降解产物情况和自然光照条件下羟基自由基的产生情况.结果表明,合成的锐钛矿型TiO2主要暴露面为{101}面,具有较好的异噻唑啉酮去除效果.在500 W氙灯照射下,12~53 mg·L-1异噻唑啉酮模拟废水在催化剂投加量为677 mg·L-1的条件下反应4 h,异噻唑啉酮去除率可以达到97%~100%;当异噻唑啉酮模拟废水浓度升高为141 mg·L-1时,其去除率为77%~80%,最佳反应时间4 h.对异噻唑啉酮降解产物的分析显示,在光催化反应结束时,MI为主要的残留物质,CMI脱氯转化为氯离子和MI,并发现未知有机产物.     

UV/H2O2降解水中对乙酰氨基酚的动力学及反应途径

利用UV/H_2O_2间歇式光氧化反应器,考察该工艺降解水溶液中对乙酰氨基酚反应动力学和影响因素.结果表明,UV/H_2O_2可有效降解水溶液中的对乙酰氨基酚,降解过程符合拟一级反应动力学模型(R~2=0.990).通过考察影响反应的因素,如H_2O_2投量、紫外功率、pH值、共存阴离子(HCO_3~-、NO_3~-)浓度,研究结果表明,对乙酰氨基酚的反应速率常数随H_2O_2投量增大而增高,随着UV功率增强而增大;共存阴离子浓度的增加在一定程度上会降低反应速率常数;中性条件是降解体系的最适宜环境,此时的反应速率常数达到最大值.通过气象色谱/质谱(GC/MS)对中间产物的分析推测对乙酰氨基酚降解过程中首先形成了苯酚类物质进而被氧化生成易降解的物质.UV/H_2O_2对对乙酰氨基酚的矿化效果非常显著,在pH 7.0,紫外功率15 W,对乙酰氨基酚浓度42.0 mg·L~(-1),H_2O_2投加量为250.0 mg·L~(-1)时,总有机碳(TOC)去除率达到39%.     

TiO2-石墨烯（Gn）复合材料光催化降解O3研究

通过改性Hummer法及溶胶凝胶法,制备出TiO2-石墨烯光催化复合材料.经吸附-光催化活性实验选出光催化活性最高的含C量为1.5%(质量分数)的TiO2-石墨烯复合材料,并在自行设计的模拟大型客机环境的气相光催化反应器中,进行O3光催化降解实验研究.结果表明,TiO2-石墨烯复合光催化材料在较短时间内对O3有较高的降解效率,且其光催化活性显著优于纯TiO2材料.初始O3浓度为(0.150～0.200)×10-6时,复合光催化剂受紫外光激发60 min的光催化降解率为66.12%,初始O3浓度为(0.950～1.000)×10-6时,其光催化降解率约为77%,较低浓度时((0.100～0.150)×10-6),O3去除率也能达到45.45%.此外,通过探讨光催化材料的重复使用性能,表明复合光催化剂重复使用4次以内,其对O3的光催化降解率保持基本稳定.