磁性纳米Fe_3O_4活化过硫酸盐降解水中磺胺甲恶唑

采用共沉淀法制备了具有较高催化活性的磁性纳米Fe_3O_4,并对其催化活化过硫酸盐(PS)降解磺胺甲恶唑(SMX)的性能进行了探究,考察了PS浓度、Fe_3O_4投加量、初始pH、共存阴离子(Cl~-、CO_3~(2-)、NO_3~-)以及腐殖酸(HA)对SMX降解效果的影响。SEM、EDS、FT-IR、XRD和BET表征结果表明,实验制备了较高纯度的Fe_3O_4纳米颗粒;重复性实验结果表明,Fe_3O_4具有良好的稳定性;催化降解SMX的实验结果表明,提高PS的浓度、增加Fe_3O_4的投加量均可提高SMX的降解率,且SMX的降解反应符合拟一级动力学。当PS浓度为0.5 mmol·L~(-1)、Fe_3O_4投加量为1.2 g·L~(-1)、初始pH=7.0时,Fe_3O_4活化PS降解SMX的效果最佳,在反应180 min后,SMX降解率达到93.3%。XPS光谱分析结果表明,反应过程中Fe~(2+)主要参与了活化PS降解SMX的过程。乙醇(EtOH)和叔丁醇(TBA)自由基淬灭实验结果证明,在Fe_3O_4/PS体系中同时存在SO_4~-·和·OH,SO_4~-·对SMX的降解发挥了主导作用。以上结果为含磺胺甲恶唑废水的处理提供了催化剂选择,也可为过硫酸盐高级氧化体系中阴离子和腐殖酸对反应的影响效果提供参考。     

ATP@Fe_3O_4复合材料催化过硫酸盐降解四环素

通过共沉淀法将四氧化三铁(Fe_3O_4)纳米粒子负载于凹凸棒土(ATP)制备出兼具吸附与催化性能的非均相类芬顿催化剂ATP@Fe_3O_4。采用SEM(扫描电子显微镜)、XRD(X射线衍射)、XPS(X射线光电子能谱)、VSM(振动磁强计)等对材料的结构进行了表征分析,并研究了其对催化过硫酸盐(PS)降解四环素(TC)的效果。结果表明,ATP@Fe_3O_4复合材料是活化过硫酸盐(PS)生成硫酸根自由基(SO_4~-)强有力的催化剂,可大幅提高PS对水溶液中四环素的降解能力。当PS浓度为10 mmol·L~(-1)、ATP@Fe_3O_4投加量为1.5 g·L~(-1),其对pH=3.9的80 mg·L~(-1)四环素溶液的降解率在90 min可达98.75%。负载于ATP表面的Fe_3O_4粒子和部分溶解于水中的Fe~(2+)共同催化PS生成SO_4~-,将TC氧化为CO_2、H_2O和中间体,是ATP@Fe_3O_4/PS体系去除四环素的主要机理。以上研究结果可为催化材料的应用提供参考。     

纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系对橙黄Ⅱ降解性能的研究

采用柠檬酸辅助溶胶-凝胶法制备了纳米CuFe_2O_4,以其为非均相催化剂,开展了纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系对橙黄Ⅱ降解性能的研究,考察了纳米CuFe_2O_4焙烧温度对其结构及催化性能的影响,探讨了初始pH、K_2S_2O_8投加量和橙黄Ⅱ初始浓度对该体系降解性能的影响,评价了纳米CuFe_2O_4的稳定性,并在此基础上,探究了纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系对橙黄Ⅱ的降解机制。结果表明:(1)纳米CuFe_2O_4最佳焙烧温度为400℃,此焙烧温度下制备的纳米CuFe_2O_4晶型较好、比表面积较大、催化活性和稳定性较高;(2)在纳米CuFe_2O_4/K_2S_2O_8非均相类Fenton体系中,橙黄Ⅱ快速降解最适宜的反应条件为初始pH 5.3、K_2S_2O_8投加量0.5g/L、橙黄Ⅱ初始质量浓度20mg/L、纳米CuFe_2O_4投加量1g/L;(3)纳米CuFe_2O_4在反应中的稳定性较好,金属溶出量较低,可通过有效催化K_2S_2O_8分解为SO_4~-·和HO·,实现橙黄Ⅱ的开环降解。     

钴铁镍三元水滑石催化PMS降解水中刚果红

采用化学共沉淀法制备由过渡金属钴、铁、镍组成的磁性三元水滑石Co Fe Ni-LDH,催化过硫酸氢钾(PMS)产生SO-4·自由基,降解水中偶氮染料刚果红(CR),系统地考察了初始pH、催化剂投加量、PMS投加量对降解CR的影响。实验结果表明:在pH=4.0~10.0范围内,Co Fe Ni-LDH/PMS催化体系对CR的降解速率均较高;随着Co Fe Ni-LDH和PMS投加量的增加,CR的降解速率也逐渐加快。3次循环再生实验后,Co Fe Ni-LDH对CR的降解率在20 min内依然保持在88%左右。实验结果表明,这种新型磁性三元水滑石不仅具有高效的催化效果而且易于从水中分离,在有机染料废水的处理方面,有着良好的前景。     

VUV/UV/Cl2工艺去除饮用水中的乐果

乐果是常规饮用水处理技术难以去除的一种典型有机磷农药。为了能够控制并去除饮用水中的农药残留,达到进一步净化水质的目的,建立了降解动力学模型,采用模拟降解饮用水中乐果的方法,对比了乐果在紫外(UV)、氯(Cl2)、紫外/氯(UV/Cl2)、真空紫外/紫外(VUV/UV)和真空紫外/紫外/氯(VUV/UV/Cl2)5种工艺下的去除效果,并考察了乐果初始浓度、Cl2投加量、溶液p H、水中共存天然有机物(NOM)和无机阴离子(N O_3~-、Cl-、HCO_3~-、SO_4~(2-))对VUV/UV/Cl2工艺降解乐果的影响。结果表明:VUV/UV/Cl2对乐果的降解效率最高,乐果的去除率随其初始浓度的增加而减小;适当增加Cl2投加量,可提高乐果的降解效率;提高p H有利于乐果的降解;NOM对乐果的降解有一定的抑制作用;水中共存无机阴离子NO_3~-、Cl-和HCO_3~-可以捕获反应体系中的强氧化性羟基自由基(HO·),对乐果的降解起到抑制作用,而SO_4~(2-)因其捕获HO·的速率很低,无抑制作用。     

微波强化Cu/Fe_3O_4/活性炭-过硫酸钠催化氧化邻苯二甲酸二丁酯的研究

为探索微波、过渡金属对过硫酸盐的活化效应,采用微波强化活性炭负载铁铜(Cu/Fe_3O_4/AC)催化过硫酸钠(SPS)处理邻苯二甲酸二丁酯(DBP)废水,研究了影响DBP降解效果的主要因素,并比较了不同工艺对DBP的降解效果。结果表明,微波强化Cu/Fe_3O_4/AC-SPS体系降解DBP的主要影响因素有反应温度、反应时间、SPS投加量以及初始pH。最佳反应条件下(温度为70℃、反应时间为25min、SPS∶DBP(摩尔比)为50∶1、初始pH为7.0),投加0.1g Cu/Fe_3O_4/AC,DBP去除率达到96.96%,微波、Cu/Fe_3O_4/AC和SPS发生协同效应。     

凹凸棒石/CoFe_2O_4磁性复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附性能

采用低温回流法制备凹凸棒石/CoFe_2O_4磁性复合材料,利用比表面积(BET)、磁滞回线、红外光谱(FTIR)等手段对磁性复合材料进行表征,并研究磁性复合材料对Cr(Ⅵ)的吸附性能,利用吸附前后FTIR和光电子能谱(XPS)对其吸附机理进行初步探讨。结果表明,磁性复合材料的比表面积为175.85 m~2·g~(-1),略大于凹凸棒石;饱和磁化强度为14emu·g~(-1),易于磁分离。pH在2~12范围内,吸附量随pH值的增大而减小。Freundlich等温吸附模型能较好描述吸附实验结果。ΔG为-15.19~-14.28 k J·mol~(-1),ΔH为-19.15 k J·mol~(-1),ΔS为-13.96~-14.20 J·(mol·K)~(-1),说明该吸附是自发、放热的,低温有利于吸附;动力学实验表明吸附行为符合准二级动力学。由吸附前后的FTIR可知凹凸棒石/CoFe_2O_4中羟基参与Cr(Ⅵ)吸附过程;XPS分析可知吸附过程包含Cl~-与铬酸根的离子交换和Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ)的反应。     

羟胺强化Fe2+/过一硫酸盐体系降解邻苯二甲酸二甲酯的研究

利用羟胺(HA)强化Fe~(2+)/过一硫酸盐(PMS)体系降解模拟废水中的邻苯二甲酸二甲酯(DMP),研究了HA的强化机制,并考察了不同因素对HA强化Fe~(2+)/PMS体系降解DMP的影响,最后根据中间产物推断DMP的降解途径。结果表明,添加HA使Fe~(2+)/PMS体系中DMP的降解率从7.5%提升至71.9%,酸性环境下DMP的降解率高于碱性环境,Cl-、PO_4~(3-)和腐殖酸对DMP的降解有抑制作用,SO_4~(2-)对DMP降解几乎无影响。在HA摩尔浓度为0～0.500mmol/L时,DMP降解效率与HA摩尔浓度成正比,但HA摩尔浓度高于0.500mmol/L时会在一定程度上抑制DMP降解。自由基清除实验表明,DMP降解的主导自由基为·OH和SO_4~-·。DMP依次降解为邻苯二甲酸单甲酯、邻苯二甲酸、苯甲酸,最后矿化生成CO_2和H_2O,最终矿化率为31.6%。     

氯化亚铁活化过一硫酸盐同步去除氮磷及磷的回收

采用氯化亚铁(FeCl_2)活化过一硫酸盐(PMS)产生硫酸根自由基(SO_4~(·-))和氯自由基(Cl·),实现了水中NH_4~+、PO_4~(3-)的同步无害化去除及磷的回收。研究了Fe~(2+)/PMS/Cr体系中的反应机制,考察了PMS浓度、Fe~(2+)/Cr、溶液pH、温度、溶液共存CO_3~(2-)浓度及腐殖酸(HA)浓度等条件对反应体系的影响。结果表明:当溶液pH为4.0、PMS投加量为20 mmol·L~(-1)、Fe~(2+)/Cl~-摩尔分数为1/12时,反应30 min后,溶液中的NH_4~+去除率高达100%且以氮气(N_2)形式实现NH_4~+无害化去除;PC_4~(3-)的去除率也高达100%且以磷酸铁(FePO_4)沉淀形式被回收;随着PMS浓度、Fe~(2+)/Cl~-以及温度的升高,Fe~(2+)/PMS/Cl~-体系中,NH_4~+去除率逐渐增大,但对PO_4~(3-)的回收无明显影响;溶液中CO_3~(2-)和HA的存在对NH_4~+去除有抑制作用。通过自由基淬灭实验和ESR分析证明,SO_4~(·-)和Cl·在Fe~(2+)/PMS/Cl~-体系中起主要作用。本研究结果可为氮磷废水的处理及磷回收提供参考。     

工业废铁屑活化过硫酸盐降解水中环丙沙星的研究

为了有效降解水中的喹诺酮类抗生素环丙沙星(CPFX),降低处理成本,利用工业废铁屑(IWFe)活化过硫酸盐(PS)降解CPFX,探索了IWFe的粒径、反应体系初始pH、PS/CPFX(质量比)对CPFX降解效果的影响,并且研究了反应动力学、自由基的生成以及使用前后IWFe的变化。结果表明,IWFe+PS体系对CPFX的去除率超过90%,随着IWFe粒径的变小和PS/CPFX的增大,CPFX的去除率增加。在中性条件下,CPFX的去除率最大。IWFe的表面氧化物主要为Fe_3O_4和α-FeOOH,其中Fe~(2+)可活化PS产生·SO_4~-和·OH,·SO_4~-和·OH对CPFX的去除率的贡献分别为47.7%和21.9%。使用后,IWFe上Fe~(2+)的减少低于Fe~(3+)的增加,表明IWFe内核的Fe~0也参与了PS的活化。本研究提供了一种高效、低成本的有机废水处理方法,对实际工程具有一定的参考价值。     

3种不同工艺中莠灭净的去除特性及自由基鉴定

以三嗪类除草剂莠灭净(AMT)为目标污染物,对比研究了紫外(UV)、紫外激活过硫酸盐(UV/PS)与紫外激活过一氧硫酸氢盐(UV/PMS)3种不同工艺对AMT的去除效果以及反应动力学模型。考察了底物初始浓度、氧化剂浓度、溶液初始pH和水中腐殖酸浓度对AMT降解的影响,并对反应中生成的主要自由基进行鉴定。结果表明,3种系统下AMT降解均符合拟一级反应动力学模型(R~2≥0.93)。AMT在3种不同系统下降解效率基本遵循UV/PSUV/PMSUV规律。随着底物初始浓度的增加,AMT降解率减小,拟一级速率常数kobs减小;增加氧化剂的投加量可以促进AMT降解;溶液pH的改变对UV系统下AMT的降解影响较小,而在UV/PS系统下,随着pH的增大降解率逐渐减小,在UV/PMS系统中降解率则呈现先减小后增大的趋势;投加腐殖酸会抑制AMT的降解;pH为7时,UV/PS和UV/PMS系统中反应生成的自由基主要是·SO_4~-。     

无机阴离子对催化臭氧氧化邻苯二甲酸的影响

考察了重碳酸根离子(HCO_3~-)、磷酸根离子(PO_4~(3-))、硫酸根离子(SO_4~(2-))和硝酸根离子(NO_3~-)等自然水体中常见的无机阴离子对非均相催化臭氧氧化邻苯二甲酸(PA)的影响。结果表明,能够捕获羟基自由基(HO·)的HCO_3~-对羟基氧化铁催化臭氧氧化体系影响很大,会明显抑制该体系对PA的降解,而对氧化铈催化臭氧氧化体系基本没有影响。PO_4~(3-)和SO_4~(2-)对2个体系中PA的降解均有很大的抑制效果,而NO_3~-对此影响甚少。从这些无机阴离子的影响可以侧面证明羟基氧化铁催化臭氧氧化遵循羟基自由基机理,而氧化铈催化臭氧氧化PA主要依靠络合作用。     

亚铁离子活化过硫酸氢钾复合盐降解水溶液中酮洛芬

以亚铁离子活化过硫酸氢钾(PMS)所产生的硫酸根自由基为氧化剂,氧化水中的酮洛芬,考察了pH值、温度、Fe~(2+)浓度、Fe~(2+)/PMS摩尔比以及Fe~(2+)投加方式等因素对酮洛芬氧化降解的影响,探究氧化降解酮洛芬(KTP)的最佳运行条件。结果表明,在实验范围内,pH值为3、温度为45℃和Fe~(2+)/PMS/KTP浓度比为20/15/1时酮洛芬的降解效果最好,酮洛芬的去除率达到66.8%。分批式投加Fe~(2+),使硫酸根自由基(SO4·-)持续生成,这样更有利于酮洛芬的降解。     

盐酸羟胺和酒石酸强化Fe~(2+)/Na_2S_2O_8体系降解双酚A

Fe~(2+)/Na_2S_2O_8(persulfate,PS)体系中存在Fe~(2+)易发生沉淀且Fe~(3+)无法还原的问题,以典型的持久性有机污染物双酚A(bisphenol A,BPA)为研究对象,分别考察络合剂酒石酸(tartaric acid,TA)和还原剂盐酸羟胺(hydroxylamine,HA)强化Fe~(2+)/PS体系对双酚A降解过程的影响。在Fe~(2+)/TA/PS体系、Fe~(2+)/HA/PS体系及Fe~(2+)/TA/HA/PS体系中分别考察了盐酸羟胺投加量、酒石酸投加量、体系pH作用范围等因素的影响,同时对氧化作用机理加以分析。研究表明:酒石酸和盐酸羟胺均能提高双酚A在Fe~(2+)/PS体系中的去除率,且均具有最优值;络合剂酒石酸起到长期促进作用,而还原剂盐酸羟胺起到短期促进作用。探针实验表明络合剂和还原剂共同强化的体系中·OH和SO_(4·)~-仍然是主要的氧化物种。当PS投加量均为2.64 mmol·L-1时,30 min内Fe~(2+)/TA/HA/PS体系中SO_(4·)~-的生成量为11.3μmol·L-1,而Fe~(2+)/PS体系中SO_(4·)~-的生成量为1.4μmol·L-1,表明体系通过加速了自由基生成速率从而加快了双酚A的降解。研究结果表明Fe~(2+)/TA/HA/PS体系在中性条件下实现了对双酚A的强化降解,显著优于Fe~(2+)/PS体系。     

紫外线活化过一硫酸盐工艺对水中苯脲类除草剂Chlortoluron的去除特性研究

为研究紫外线活化过一硫酸盐(UV/PMS)工艺对水中常见苯脲类除草剂绿麦隆(Chlortoluron)的去除特性,对比考察了UV/PMS工艺与单独UV、单独PMS对Chlortoluron的降解效果,系统探讨了降解过程中关键工艺参数如PMS投加量、UV强度、pH和常见水体背景离子(Cl^-、NH⁺₄、HCO^-₃及SO^2-₄)对Chlortoluron降解的影响,并对其相关成本效益进行了衡算分析。结果表明,UV/PMS体系中产生的强氧化性自由基包括SO^-₄·和HO·大大提高了Chlortoluron的去除速率,其降解过程符合拟一级动力学模型且降解速率随PMS投加量和UV强度的增加而增大;碱性pH环境比酸性pH更有利于Chlortoluron的去除;水体背景离子Cl^-和NH⁺₄显著抑制了Chlortoluron的降解,HCO     

不同阴离子下纳米TiO_2催化臭氧化对溴酸盐生成的影响

为研究不同阴离子条件下纳米TiO_2催化臭氧化(nano-TiO_2/O_3)过程对溴酸盐(BrO_3~-)生成的影响,本研究通过小试实验分别考察了不同浓度溴离子(Br~-)、氯离子(Cl~-)、碳酸氢根离子(HCO_3~-)、硫酸根离子(SO_4~(2-))和亚硝酸根离子(NO_2~-)对纳米TiO_2催化臭氧化过程BrO_3~-生成的影响,并对不同阴离子条件下单独臭氧化(O_3)过程和nano-TiO_2/O_3过程BrO_3~-生成情况进行对比。结果表明,不同Br-初始浓度下,相对于O_3过程,纳米TiO_2对BrO_3~-生成的抑制效果规律不明显;Cl-浓度从0增至150 mg·L~(-1)时,纳米TiO_2抑制率呈现先增加后下降的趋势;HCO_3~-存在的水体,投加纳米TiO_2对BrO_3~-生成的抑制效能大大减弱;当SO_4~(2-)初始浓度为0~90 mg·L~(-1)时,相对于O_3过程,nano-TiO_2/O_3过程BrO_3~-生成量减少了22.50%~68.77%;当NO_2~-初始浓度为0~1 mg·L~(-1)时,相对于O_3过程,nano-TiO_2/O_3过程BrO_3~-生成量减少了2.22%~68.77%。     

Fe~(3+)催化过氧化钙体系降解水中三氯乙烯

采用Fe~(3+)催化过氧化钙(CP)处理水溶液中三氯乙烯(TCE),考察了CP和Fe~(3+)投加量、地下水中常见阴离子和腐殖酸对TCE降解效果的影响。结果表明,Fe~(3+)催化CP体系可以有效降解TCE,但相同药剂投加量下效率低于Fe~(3+)催化H_2O_2体系。在TCE初始摩尔浓度为0.15mmol/L,CP和Fe~(3+)投加量分别为3.00、6.00mmol/L时,180min时TCE去除率达到了96.1%。常见阴离子Cl~-、HCO_3~-和SO_4~(2-)对TCE的降解有抑制作用,NO_3~-对TCE降解几乎无影响,而腐殖酸对TCE降解有促进作用。自由基清除实验表明TCE降解的主导自由基为HO·,Cl~-的释放效果显示HO·的氧化作用可使降解的TCE完全矿化。因此,Fe~(3+)催化CP技术适用于污染场地地下水中TCE的修复治理。     

柠檬酸强化纳米零价铁活化过硫酸钠体系降解水溶液中的三氯乙烯

采用螯合剂柠檬酸(CA)强化纳米零价铁(nZVI),活化过硫酸钠(PS)体系,降解水溶液中的三氯乙烯(TCE),分别考察了PS、CA、nZVI投加量、溶液初始pH和无机阴离子对TCE降解效果的影响,确定了在TCE降解过程中起主导作用的活性氧自由基,并验证了PS/nZVI/CA体系降解实际地下水中TCE的效果。结果表明:投加适量的CA可以明显提高PS/nZVI体系对TCE的降解效果,但当CA浓度过高时,TCE降解反而受到抑制,过量或不足的PS、nZVI均会降低TCE的降解率;当溶液初始pH为3～9时,PS/nZVI/CA体系可有效降解TCE;溶液中存在的Cl–和HCO_3~-会抑制TCE的降解,其中HCO_3~-的抑制作用大于Cl–;自由基清除实验和电子顺磁共振实验表明PS/nZVI/CA体系中产生了HO·、SO_4~-·和O _2~-·活性氧自由基,其中HO·、SO_4~-·对TCE降解起主导作用;CA的加入有利于实际地下水中TCE的降解,PS/nZVI/CA体系相比PS/nZVI体系,更适应实际地下水中各种水质条件的冲击,具有实际应用前景。     

煅烧高岭土活化过一硫酸盐去除废水中的四环素

煅烧高岭土(calcined kaolin,CK)是一种含量丰富且绿色环保的材料,因其具有催化活性高且活性位点较多的优点,故将其用以活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)以去除四环素(tetracycline,TC)。结果表明,CK活化PMS去除TC的过程包括吸附和催化降解。溶液初始pH=6、0.5 mmol·L-~1投加量的PMS和0.2g·L-~1投加量的CK为CK活化PMS去除TC的最佳条件。Cl~-、NO_3~-、HCO_3~-的浓度在0～10 mmol·L~(-1)时对CK活化PMS去除TC体系基本没有影响,而H_2PO_4对其体系有较大的抑制作用。自由基淬灭实验结果表明,HO·是CK活化PMS去除TC体系中的主要活性基团。通过液相-质谱联用仪检测出12种产物,阐述了4条可能的降解途径。以上结果表明,CK是一种极具潜力且含量丰富的绿色催化剂,其活化PMS后可应用于净化含有机污染物废水。     

黄铁矿活化过硫酸钠降解丁基黄药

利用黄铁矿活化过硫酸钠降解丁基黄药,并探讨了黄铁矿用量、pH、过硫酸钠浓度、共存离子等因素对丁基黄药降解的影响。结果表明:(1)黄铁矿可有效活化过硫酸钠实现丁基黄药的高效降解。(2)在丁基黄药初始质量浓度为140mg/L、黄铁矿用量为1.0g/L、过硫酸钠质量浓度为0.080g/L、pH=6.00、降解120min时,丁基黄药降解率高达98.50%。(3)黄铁矿活化过硫酸钠降解丁基黄药的进程中,硫酸根自由基(SO_4~-·)和羟基自由基(·OH)共同作用导致丁基黄药的降解,而SO_4~-·起主要作用。(4)丁基黄药降解率随黄铁矿用量、过硫酸钠浓度的增大而增大,随pH的增大而减小。(5)Cl~-和HCO_3~-对丁基黄药的降解有明显的抑制作用,并且HCO3-的抑制作用更强。