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。     

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%。     

过硫酸盐活化耦合微生物燃料电池的降解结晶紫性能

利用Fe0活化Na_2S_2O_8产生具有强氧化性的SO-4·催化降解目标物结晶紫。研究不同因素(阴极液初始pH值、S_2O_8~(2-)浓度、共存离子Cl-浓度)对Fe~0/~(-1)-微生物燃料电池(MFC)体系中结晶紫降解率及产电性能的影响。结果表明,阴极液初始pH值降低和~(-1)浓度增加有利于体系中结晶紫的降解和最大功率密度的提高,阴极液共存离子Cl~-浓度的增加会阻碍结晶紫的降解,最大功率密度随Cl-浓度增加呈现先增加后降低的趋势。综合体系中结晶紫的降解率和最大功率密度,在温度为30℃,Fe~0投加量为1 mmol·L~(-1),阴极液初始pH值为3、~(-1)浓度为2 mmol·L~(-1)时,180 min后浓度为0.16 mmol·L~(-1)的结晶紫降解率达到95.62%,最大功率密度为637.245 m W·m~(-3),内阻约为400Ω。降解过程符合一级动力学方程。     

紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原水中Cr(Ⅵ)机理及影响因素

采用紫外活化过硫酸盐/甲酸体系所产生的还原性二氧化碳阴离子自由基(CO_2~(·-)),研究了水溶液中高浓度Cr(Ⅵ)的去除效果;使用电子自旋共振(ESR)技术,鉴定识别了体系中产生的活性自由基;分析了体系的活化机理及其对Cr(Ⅵ)的还原机制;考察了过硫酸盐投加量、初始pH、腐殖酸、无机阴离子(Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-)及初始Cr(Ⅵ)浓度等对Cr(Ⅵ)去除的影响。结果表明:紫外活化过硫酸盐/甲酸体系可以有效还原Cr(Ⅵ),当过硫酸钠与甲酸浓度分别为20 mmol·L~(-1)和40 mmol·L~(-1),未调初始pH为2.4时,初始浓度为200 mg·L~(-1)Cr(VI)在50 min内基本完全可被还原;此外,Cr(Ⅵ)还原去除率随过硫酸盐浓度升高而增强,在酸性条件下(pH=2.4),体系对Cr(Ⅵ)的还原效率最高,随着pH的增大,还原效率明显降低。进一步研究表明, Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-对Cr(Ⅵ)的还原都存在抑制作用,在相同浓度下,其抑制程度分别为HCO_3~-NO_3~-Cl~-,腐殖酸也对Cr(Ⅵ)的去除存在抑制作用。紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原Cr(Ⅵ)过程符合零级反应动力学方程,其动力学常数为78.467μmol·(L·min)~(-1)。本研究结果为Cr(Ⅵ)废水的处理提供了一种高效的还原新技术。     

零价铁耦合芬顿氧化法处理TNT红水

采用零价铁耦合芬顿氧化法处理TNT红水,研究了初始pH、零价铁投加量、过氧化氢(H_2O_2)投加量及温度对红水中总有机碳(TOC)去除效果的影响,同时进行了TOC去除过程中反应动力学的探讨。结果表明,零价铁耦合芬顿氧化体系可有效降解TNT红水中的2,4-二硝基甲苯-3-磺酸钠和2,4-二硝基甲苯-5-磺酸钠。在初始pH为2,温度为20?C的条件下,加入1.5 g·L~(-1)零价铁反应1 h后,再加入100 mL·L~(-1)H_2O_2反应4 h,红水中二硝基甲苯磺酸盐浓度从500 mg·L~(-1)降至0 mg·L~(-1),去除率为100%,TOC浓度从150 mg·L~(-1)降至30 mg·L~(-1),去除率达到80%。反应中TOC的降解过程遵循拟二级反应动力学方程。零价铁耦合芬顿氧化法可以作为TNT红水的有效处理途径。     

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。     

铜氧化物/D851树脂催化臭氧氧化降解双酚A

通过Cu(NO_3)_2·3H_2O对螯合树脂D851进行沉淀改性,采用SEM观察、EDS分析、傅里叶变换红外谱图分析对改性前后螯合树脂进行了表征;研究了改性前后螯合树脂在不同反应体系对双酚A的降解效果及环境因素对CuO_x/D851催化臭氧氧化双酚A性能的影响;探讨了改性螯合树脂催化臭氧化降解双酚A的机理。结果表明:Cu(NO_3)_2·3H2_O对螯合树脂D851改性后,螯合树脂的表面形态,铜离子含量都有所改变;通过正交实验得出CuOx/D851树脂催化剂的最佳制备工艺是pH为8、活性组分浓度为337.5 mmol·L~(-1)、负载温度为70℃、反应时间为10 h;单因素法研究表明,在最佳条件臭氧投加量为8.4 mg·L~(-1)、催化剂投加量为0.6 g·L~(-1)、废水进样流量为4 mL·min~(-1)、双酚A初始浓度为10 mg·L~(-1)、初始pH为7,双酚A的降解率可达86.71%;在改性螯合树脂催化臭氧化体系中,改性后螯合树脂主要通过羟基自由基-直接臭氧氧化协同作用极大地提高了对BPA的降解率。     

微波-Fenton高级氧化工艺降解水中BPA

以提高目标物的降解效果和投加药剂利用率、缩短反应时间及节约处理成本为目的,探讨4种不同光助-Fenton氧化工艺对环境内分泌干扰物双酚A(BPA)的降解效果。以BPA的去除率和反应速率作为评价指标,采用紫外分光光度计、TOC测定仪及分子荧光光度计分别对BPA的去除率、反应体系的矿化度和·OH的生成量进行研究。确定了微波-Fenton氧化工艺降解水中BPA的效果最佳,并深入研究pH值、H_2O_2投加量、n(H_2O_2)/n(Fe2+)、微波反应功率及时间对微波-Fenton氧化工艺的影响。结果表明:pH=3,n(H_2O_2)/n(Fe2+)为20,H_2O_2浓度为2 mmol·L~(~(-1)),反应时间为5 min,反应功率为300 W的条件下,BPA初始浓度为100 mg·L~(~(-1))时其去除率最高达99.67%,矿化度达53%;pH值在2~6范围内对BPA均有降解效果,铁泥量也有一定的减少。为微波-Fenton氧化工艺的实际应用奠定了理论基础,并且提供了技术支持。     

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。     

O_3/H_2O_2体系降解水中青霉素G的效能及其降解机理

为探讨O_3/H_2O_2体系降解水中青霉素G(PCN)的效能及其降解机理,分别考察了在降解过程中pH、O_3投加量和H_2O_2投加量对PCN和COD去除效果的影响,通过实验数据得出了PCN降解动力学方程;并采用傅里叶红外光谱和液相色谱-质谱联用分析探讨了PCN在O_3氧化过程中的中间产物变化及其降解规律。结果表明:在初始ρ(PCN)为25 mg·L~(-1)、pH=10、O_3投加量为1.48_(g·)L~(-1)、H_2O_2投加量为7.84 mmol·L~(-1)、温度为20℃的条件下,反应10 min后PCN可全部被降解,反应3h后COD的去除率达到71.9%;O_3的反应级数为0.697 3,在降解过程中,O_3初始浓度对反应速率的影响最大;反应活化能为E_a=27.59 kJ·mol~(-1)该反应活化能较低,说明此反应容易发生;经氧化降解后,PCN的抑菌结构被破坏,并且产物中可能含有羧酸类和胺类化合物。以上研究结果对解决水体中PCN污染问题具有参考价值。     

Fe-Mn/γ-Al2O3催化O3-H2O2协同氧化间甲酚

为提高臭氧氧化法对难降解有机污染物的降解效率,采用在催化臭氧氧化体系中引入H_2O_2的方法,建立催化O_3-H_2O_2联合氧化体系,使O_3与H_2O_2在体系中起协同作用。采用等体积浸渍法筛选制备了具有高催化性能的Fe-Mn/γ-Al_2O_3催化剂,应用于O_3/Fe-Mn/γ-Al_2O_3/H_2O_2复合体系协同催化臭氧氧化处理间甲酚模型废水。通过扫描电子显微镜(SEM)、物理吸附、X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线光电子波谱(XPS)对催化剂的物理化学性质进行表征。考察了O_3投加量、H_2O_2投加量、初始pH、空速等因素对Fe-Mn/γ-Al_2O_3催化O_3-H_2O_2氧化间甲酚处理效果的影响,并采用GC-MS和LC-OCD,对Fe-Mn/γ-Al_2O_3催化O_3-H_2O_2氧化间甲酚的中间产物的类型及相对分子质量进行分析。结果表明,当以Fe-Mn/γ-Al_2O_3为催化剂时,协同催化氧化体系的最优处理参数为:间甲酚浓度100 mg·L~(-1),O_3投加量481 mg·L~(-1),反应时间10 min,空速6 h~(-1),H_2O_2投加量211 mg·L~(-1),进水pH 6.7。在此条件下,TOC去除率可达68.37%,间甲酚转化率可达100%。以上研究结果可为2种技术联用降解煤化工废水提供参考。     

无机阴离子对热活化过硫酸盐体系中降解MDEA模拟废水的影响

采用热活化过硫酸盐技术处理MDEA模拟废水,阐明了降解过程中Cl~-、CO_3~(2-)、HCO_3~-对降解过程的影响。结果表明:无机阴离子的存在会抑制MDEA的降解过程,其中CO_3~(2-)与HCO_3~单独存在于体系中对MDEA的抑制作用与其浓度呈正相关,离子浓度较高时(0.3mol·L~(-1)),反应3 h,抑制率分别达到19%与11.5%,而Cl~-单独存在于体系时,浓度小于0.1 mol·L~(-1)时,抑制作用呈正相关;浓度在0.1～0.3mol·L~(-1)时,其抑制作用与浓度呈负相关;氯离子浓度为0.1 mol·L~(-1)时为最大抑制浓度,其抑制率为15%。共生抑制响应曲面分析表明,3种无机阴离子之间交互作用显著,受与SO_4~-·的反应速率常数控制,抑制的显著性大小为Cl~-CO_3~(2-)HCO_3~-。     

CuO-Y2O3/TS-1催化臭氧降解对苯二甲酸的机理

针对对苯二甲酸(TA)水污染问题,通过浸渍法制备CuO-Y_2O_3/TS-1催化剂,利用XRD、SEM、FT-IR、XRF等手段表征催化剂结构、形貌及骨架结构;构建非均相体系催化臭氧氧化降解对苯二甲酸(TA),考察催化剂的催化性能。结果表明:当Cu(NO_3)_2·3H_2O和Y(NO_3)_3·6H_2O浸渍液浓度均为0.5 mg·L~(-1)、臭氧通入量为6.3mg·min~(-1)、催化剂投加量为1.0 g和pH=9.0时,反应30 min后,TA降解率高达99.8%。经5次循环后,TA降解率仍稳定在98.2%。进一步研究表明,CuO-Y_2O_3/TS-1催化臭氧降解TA实验符合一级反应动力学方程。     

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。     

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。     

钒氧化物活化过硫酸钠降解2,4,6-三氯酚的机制

研究了三氧化二钒(V_2O_3)活化过硫酸钠(SPS)降解2,4,6-三氯酚(TCP)的效果,分别考察了V_2O_3投加量、SPS和TCP浓度对其降解的影响。结果表明,在V_2O_3投加量为0.05 g·L~(-1),SPS浓度为1.0 mmol·L~(-1),TCP初始浓度为5.0mg·L~(-1)时,反应24 h,有72.4%的TCP被降解。提高V_2O_3投加量不利于TCP的降解,而增加SPS浓度能有效增加TCP的降解速率;利用自由基淬灭反应和电子顺磁共振技术(EPR)对反应体系的主导自由基进行了鉴定,发现羟基是体系降解TCP的主要活性物种,推测并初步证实了V_2O_3活化SPS的过程,发现了二氧化钒(VO_2)和五氧化二钒(V_2O_5)也能活化SPS降解TCP。     

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。     

O_3/ACF体系降解废水中的三烯丙基异氰脲酸酯

三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)生产废水具有有机物浓度高、难降解的特点,常规的处理方法对其处理效果普遍较差。本研究采用O_3/ACF协同催化氧化技术,以三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)生产废水为研究对象,分析了O_3/ACF催化降解TAIC废水的作用机理,并考察了ACF(活性炭纤维)用量、O_3浓度、pH、TAIC初始浓度及ACF使用次数对处理效果的影响。实验结果表明:通过投加叔丁醇和双氧水的对比分析,验证了反应过程中·OH自由基的存在;在ACF投加量为1.2 g·L~(-1),TAIC初始浓度200 mg·L~(-1),pH 7.0,臭氧浓度2 g·h-1,反应40 min后,TAIC的去除率为93.54%。     

磁性还原氧化石墨烯负载Fe~0对罗丹明B的类芬顿降解

合成了磁性还原氧化石墨烯负载零价纳米铁材料(Fe~0-MF-RGO),并在双氧水(H_2O_2)的作用下构成类芬顿试剂用于对罗丹明B(Rh B)的吸附-催化降解。通过正交实验研究了pH值、Fe~0-MF-RGO用量、Rh B初始浓度、温度和H_2O_2浓度5个影响因素。在15℃、pH值为7.0、Fe~0-MF-RGO投加量1.0 g·L~(-1)、Rh B初始浓度为50 mg·L~(-1)以及H_2O_2浓度为0.8 mmol·L~(-1)的条件下,150 min后模拟废水中Rh B的去除率达到98.17%,经5次循环使用后去除率为72.97%。     

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。