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%。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

用Nano-TiO_2/O_3和Nano-TiO_2/UV/O_3去除腐殖酸并控制臭氧副产物的生成

采用Nano-TiO_2/O_3和Nano-TiO_2/UV/O_3进行小试实验。通过对DOC、UV254、BrO_3~-和甲醛进行检测分析,研究了不同体系去除腐殖酸(HA)并控制臭氧副产物生成的效果。结果表明,当HA浓度为10 mg·L~(-1)时,Nano-TiO_2/O_3体系对DOC的去除主要在反应进行20 min内完成,去除率仅达12.0%左右,对UV254的去除主要发生在2 min内,去除率仅达14.5%左右;而Nano-TiO_2/UV/O_3体系DOC和UV254的去除率分别达32.8%和53.3%。HA的存在显著减少了NanoTiO_2/O_3体系BrO_3~-的生成量,出水BrO_3~-浓度为29.00μg·L-1,而Nano-TiO_2/UV/O_3体系出水BrO_3~-浓度为5.00μg·L-1。研究表明,相比Nano-TiO_2/O_3体系,Nano-TiO_2/UV/O_3体系能更好地控制BrO_3~-生成,同时能提高对HA的去除效果,且无甲醛生成的风险。     

预磁化零价铁活化过硫酸盐体系降解双氯芬酸钠

双氯芬酸钠(diclofenac sodium,DCF)是一种常用的消炎止痛药,已在地下水、地表水和饮用水中被广泛检出,成为一种新型微量污染物,具有潜在危害,基于此,采用预磁化零价铁/过硫酸盐(Pre-Fe~0/PS)和零价铁/过硫酸盐(Fe~0/PS)2种体系对DCF进行降解。考察了过硫酸盐(PS)投加量、零价铁投加量、初始pH对2种体系降解DCF的影响,探究了2种体系中铁离子的产生情况和pH的变化,并利用ESR技术检测了体系中生成的自由基。结果表明,与Fe~0/PS体系相比,在不同PS量(0.125～1.0 mmol·L~(-1))、 Fe~0量(0.125～1.0 mmol·L~(-1))和初始pH3.0～10.0下,Pre-Fe~0/PS体系对DCF的降解速率常数提高了2.1～6.2倍;Pre-Fe~0/PS体系中会产生更多的铁离子,且在反应过程中pH下降更快;Pre-Fe~0/PS体系比Fe~0/PS体系产生更多的SO·4-和·OH,且能在较长的时间保持较高的浓度。Pre-Fe~0/PS体系降解DCF可以适用更宽的pH范围,是DCF废水处理的有效途径。     

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。     

活化过硫酸钠氧化修复有机氯农药污染土壤

分别采用H_2O_2、Fe~(2+)、Fe~(2+)/H_2O_23种药剂活化过硫酸钠,组成复合氧化剂体系,用于降解土壤中的α-六六六,探究pH和不同氧化剂组合对α-六六六降解效果的影响。结果表明,Fe~(2+)/H_2O_2/Na_2S_2O_8较Fe~(2+)/Na_2S_2O_8及H_2O_2/Na_2S_2O_8组合体系对土壤中α-六六六的降解效果更好;当Fe~(2+)/H_2O_2/Na_2S_2O_8的摩尔比为2/10/10,pH为7时,α-六六六的降解率可达86.1%。以乙醇和硝基苯作为分子探针,利用分子探针竞争实验鉴定Fe~(2+)/H_2O_2/Na_2S_2O_8组合体系中产生的SO4·和·OH,发现该体系中同时存在SO·4·和·OH自由基。     

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。     

TiO_2光催化耦合SO_4~-·体系对硝基苯酚的降解性能及动力学

利用溶胶-凝胶法在改性的ZSM-5分子筛上负载TiO_2制备复合光催化剂TiO_2/ZSM-5m,采用扫描电镜、N2吸附-脱附等温线和X射线衍射对材料进行表征。通过耦合Fe~(2+)/S_2O_8~(2-)产硫酸根自由基SO_4~-·体系,以对硝基苯酚(pNP)为目标污染物,系统考察了初始pH、TiO_2/ZSM-5m投加量、FeSO_4、Na_2S_2O_8浓度和初始浓度对pNP降解性能的影响。结果表明,在TiO_2/ZSM-5_m投加量为0.8g/L,pH为4.0,FeSO_4为0.4g/L,Na_2S_2O_8为2.4g/L,常温下反应240min的优化条件下,对pNP(初始浓度50mg/L)去除率达到99.31%,光催化降解动力学符合Langmuir-Hinshelwood模型,UV-vis图谱推测对硝基苯酚分子结构发生改变,被有效降解。     

基于硫酸根自由基的高级氧化对头孢氨苄的降解特性

采用高级氧化(advanced oxidation processes, AOPs)技术去除水体中的头孢类抗生素。选取头孢类抗生素中的典型物质头孢氨苄(CFX)为研究对象,探讨了其在UV/过硫酸盐(UV/PS)体系中的降解特性。结果表明,pH=7.0时,UV/PS体系中SO_4~-·和·OH均对CFX有降解作用,且其与CFX反应的二阶速率常数分别为(9.8±0.4)×10~9L·(mol·s)~(-1)、(1.05±0.7)×10~(10)L·(mol·s)~(-1)。PS投加量的增加可加速CFX的降解和矿化,且酸性条件可促进CFX降解。水体基质Cl~-的存在对CFX的降解起到了低浓度抑制高浓度促进的作用,HCO_3~-和自然有机质(NOM)的存在对CFX的降解稍有抑制。在实际水样中的应用研究表明,UV/PS体系可以有效降解和矿化实际地表水样(SW)和实际废水样(WW)中的CFX,具有较好的应用前景。     

镀铜废水中Cu~(2+)-H_2O_2体系氧化降解硝基苯

镀铜工业废水中除含有大量的铜离子和有机污染物外,还常常含有大量的过渡金属离子、无机阴离子及有机络合剂。这些物质的存在会对铜催化的类芬顿反应降解有机物造成效能上的影响,甚至改变其反应途径。实验体系在单纯的Cu~(2+)-H_2O_2体系氧化降解硝基苯的基础上,研究了过渡金属离子Ni2+、Mn2+、无机阴离子及有机络合剂对于铜催化的类芬顿反应降解硝基苯效能的影响。在常温条件下,单纯的Cu~(2+)-H_2O_2体系中,当p H为5.5,Cu~(2+)为0.8 mmol·L-1,H_2O_2为0.08 mol·L-1,180 min后硝基苯的去除率可达94.67%,有机物的降解率达到最大。Ni2+会抑制Cu~(2+)-H_2O_2体系中硝基苯的降解,然而Mn2+对于Cu~(2+)-H_2O_2体系中硝基苯的降解却有明显的促进作用。无机阴离子Cl O-4、Cl-、NO-3、H2PO2-4对于Cu~(2+)-H_2O_2体系氧化降解硝基苯都有显著的抑制作用。有机络合剂乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸(CA)、氨三乙酸(NTA)对于铜催化的类芬顿反应都有显著的抑制作用,然而酒石酸(TA)对于Cu~(2+)-H_2O_2体系中硝基苯的氧化降解却有明显的促进作用。铜催化的类芬顿反应所生成的活跃氧化物的性质对于p H有很强的依赖性,在酸性条件下,羟基自由基是主要的活性氧化物,而在微酸性和中性、碱性条件下,羟基自由基和高价态的铜氧化物是同时参与反应并且相互兼容的,并且体系的p H越高,高价态的铜氧化物的含量也越大。     

Fe(Ⅱ)活化过硫酸钠去除水中三氯生

采用Fe~(2+)活化过硫酸钠(SPS)对水中三氯生(TCS)的去除进行了研究,考察了Fe~(2+)、SPS的投加量、TCS初始浓度、p H值和腐殖酸(HA)等对TCS去除的影响,GC-MS鉴定识别了降解产物。结果表明Fe~(2+)活化SPS工艺能有效去除TCS,2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为其主要降解产物,SPS浓度为1.0 mmol·L-1,Fe~(2+)的投加量为0.4 mmol·L-1时,初始浓度为460μg·L-1的TCS 2 min后去除率可达93.87%,TCS慢速反应阶段的降解符合一级反应动力学方程,其动力学常数K=0.140 min-1。TCS的去除随Fe~(2+)浓度的增加先增大后减小,高浓度的Fe~(2+)不利于2,4-DCP的降解,适量提高SPS浓度有利于TCS的去除和2,4-DCP的降解,TCS去除随初始浓度增大而降低,酸性环境有利于TCS的去除,腐殖酸对TCS的去除具有抑制作用,低浓度腐殖酸不利于2,4-DCP的降解。     

Fenton-like/TiO_2催化介质阻挡放电体系对活性艳蓝的降解

为了提高等离子放电对染料的降解效率,研究了Fenton-like/TiO_2耦合催化介质阻挡放电体系对活性艳蓝(X-BR)的脱色效果及降解机理。结果表明,投加Fe~(2+)或Fe~(3+)与TiO_2组成的耦合催化体系可以显著提高X-BR的脱色率。反应10 min后,紫外可见扫描光谱和阴离子(Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-))产量分析表明,介质阻挡放电体系可以有效破环蒽醌发色基团,耦合催化体系不仅强化了蒽醌结构的破坏,同时更加有效地破坏了苯环和萘环结构从而提高了TOC降解率。最后,比较研究了投加Mn~(2+)和Cu~(2+)对X-BR的脱色效果,在投加浓度均为0.5 mmol/L条件下,两者对X-BR的脱色起到抑制作用,因此,两者不适合作为耦合催化介质阻挡放电体系的添加离子。     

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。     

Fe~(2+)/过硫酸钠体系降解盐酸四环素的研究

采用Fe~(2+)/过硫酸钠体系降解水溶液中的盐酸四环素,探讨了盐酸四环素初始浓度、Fe~(2+)浓度、过硫酸钠浓度、温度、pH等因素对降解效果的影响。单因素实验结果表明,盐酸四环素去除率随着盐酸四环素的初始浓度、过硫酸钠浓度、温度的增大而增大;随着Fe~(2+)浓度的增加,盐酸四环素去除率先增大后减小;酸性条件有利于Fe~(2+)/过硫酸钠体系对盐酸四环素的降解。当盐酸四环素初始质量浓度为50mg/L、Fe~(2+)摩尔浓度为0.10mmol/L、过硫酸钠摩尔浓度为2.0mmol/L、反应温度为30℃、pH=3.0时,反应90min后盐酸四环素去除率可达87.6%。Fe~(2+)/过硫酸钠体系对盐酸四环素的降解用一级反应动力学方程进行拟合,得到该反应体系下盐酸四环素降解的活化能为5.173kJ/mol。     

基于硫酸根自由基(SO_4~-·)的污泥预处理技术

应用基于硫酸根自由基(SO_4~-·)的污泥预处理技术对抚顺某市政污水处理厂浓缩池剩余污泥进行预处理,强化污泥的过滤脱水性能。研究了最佳的氧化反应时间、S_2O_8~(2-)与Fe~(2+)的最佳投加浓度与投加方式;并探讨了SO_4~-·对污泥特性的影响。结果表明,当S_2O_8~(2-)投加浓度为80 mg·g~(-1)(以干物质计),Fe~(2+)和S_2O_8~(2-)的摩尔比为1:1,Fe~(2+)按时间比10 min:20 min分2段投加时,在反应时间30 min内,污泥的过滤脱水性能达到最佳。此外,Fe~(2+)活化S_2O_8~(2-)产生的SO_4~-·是强化污泥脱水的关键。同时,影响污泥脱水性能的胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)浓度和组成在氧化反应前后发生变化,污泥的脱水和过滤性能得到提高。     

UV/H_2O_2-NaOH沉淀法处理铜-酒石酸络合体系模拟电镀废水的研究

含铜电镀废水中酒石酸等络合剂的存在,使得采用普通氢氧化物或硫化物沉淀法难以满足达标排放的要求。采用UV/H2O2-NaOH沉淀法处理铜-酒石酸络合体系模拟电镀废水,考察了光照时间、初始pH、H2O2投加量等因素对处理过程的影响。结果表明,对于铜-酒石酸络合体系(酒石酸质量浓度为418mg/L,CuSO4·5H2O质量浓度为196mg/L),得出的最佳处理条件为:光照时间70min,H2O2投加量1.07g/L,初始pH 3.0,出水中铜质量浓度可以低于0.3mg/L的排放标准,为后续工业化应用奠定了基础。