可见光响应手性TiO2复合光催化剂及其降解有机污染物

通过空穴和自由基捕获剂的加入,首先研究了可见光激发下手性TiO₂复合光催化剂降解罗丹明B和四环素的机理. 结果表明,可见光激发TiO₂光催化剂降解罗丹明B和四环素的机理是相同的,其形成的光生空穴是降解有机物的关键影响因素.利用D型手性表面活性剂在低温时可以构建右旋非对称手性堆积结构的D-TiO₂. 这种非对称结构在介孔TiO₂内部引入氧空穴和Ti-N键,使D-TiO₂也具有显著的可见光响应和可见光降解活性. La³⁺ 或者Fe³⁺的掺杂几乎不影响催化剂的形貌及其TiO₂的结晶过程, 但可以在催化剂中形成光生空穴和电子的捕获中心,显著提升可见光激发下TiO₂催化剂中光生空穴和电子的分离率,从而增强催化剂对四环素的光降解活性.     

表面活性剂光催化降解动力学研究

为了研究光催化法对不同电荷类型表面活性剂的降解性能,在紫外光照射下,用TiO2光催化剂对阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠(SDS)、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和两性表面活性剂十八烷基甜菜碱(BS18)进行降解试验.同时,探讨了TiO2光催化剂加入量、表面活性剂初始质量浓度及初始pH对光降解的影响及其动力学过程.结果表明,3种表面活性剂的降解行为符合准一级动力学规律,3种表面活性剂降解速率快慢顺序为:BS18CTABSDS.SDS和BS18的最佳TiO2催化剂用量为1 g.L-1,而CTAB的最优用量为2g.L-1;CTAB和BS18的光降解速率随着活性剂初始质量浓度的增大而线性减小,SDS的降解速率则随活性剂初始质量浓度的增加而缓慢增大;CTAB和BS18在偏碱性条件下降解最快,而SDS在弱酸条件下具有最大的动力学降解速率.     

铁-草酸盐配合物光分解降解对硝基苯酚的研究

研究了铁(Ⅲ)-草酸盐配合物在可见光及太阳光照射下,对对硝基苯酚的光解降解作用。结果表明,在pH=4.0、Fe(Ⅲ)/H_2C_2O_4=0.080mmol/L/0.96mmol/L(分4次加入)、光照4h的条件下,20mg/L对硝基苯酚的降解率为89％。溶液pH值,铁与草酸盐浓度比和对硝基苯酚浓度均对降解效果产生影响。     

表面活性剂(LAS & NIS)的环境安全性评价

阴离子表面活性剂直链烷基苯磺酸盐(LAS)和非离子表面活性剂(NIS)是产量和消耗量都相当大的两类表面活性剂.文章从生物降解性、毒性及在环境和生物体内的累积性3个方面分析了它们的环境安全性,认为表面活性剂对环境会产生不同程度的影响.LAS对动植物有毒害,在环境中和生物体内有累积(尽管易降解),应引起重视;NIS中脂肪醇聚氧乙烯醚(APEO)的降解产物毒性高、降解速度慢,对环境有很大的危害.     

产生物表面活性剂耐盐菌的筛选鉴定及其对石油污染盐渍化土壤的修复作用

为得到高效产生物表面活性剂耐盐菌,从黄河三角洲石油污染盐渍化土壤中分离出41株细菌,经测定发酵液排油活性、表面张力和乳化值（EI24）,得到1株高效产生物表面活性剂耐盐菌BF40.通过形态、生理生化特征和16S rDNA序列分析,确定该菌为沙雷氏菌（Serratia sp.）.通过液体培养试验,研究了BF40的耐盐特性和降解原油能力,并通过室内土壤培养试验研究了BF40及其产生的生物表面活性剂对石油污染盐渍化土壤的修复作用.结果表明,在含5~70 g·L^-1NaCl液体培养基中BF40生长良好,属中度耐盐菌.BF40能有效利用原油,在含10 g·L^-1NaCl液体培养基中培养7d,原油降解率达到56.7%.添加BF40产生的生物表面活性剂或接入BF40能明显促进盐渍化土壤石油烃的降解,修复60 d,土壤石油去除率与对照相比分别提高了24.6%和13.4%.接种BF40能降低土壤溶液表面张力,明显提高土壤脱氢酶活性,更能有效促进沥青质降解.添加生物表面活性剂土壤脱氢酶活性与对照相比没有显著差异,但更能有效降低土壤溶液表面张力,促进饱和烃降解,表明接种BF40和添加生物表面活性剂可能对促进石油污染盐渍化土壤的生物修复存在不同作用机制.     

Fe(Ⅵ)在光催化条件下的分解及协同光催化降解BPA的研究

研究了不同条件下Fe(Ⅵ)-光催化氧化方法对双酚A (BPA)的降解作用.结果表明,在光催化氧化中,TiO₂表面产生的光生电子(e^-_cb)会将Fe(Ⅵ)还原成Fe(Ⅴ)和Fe(Ⅳ),Fe(Ⅵ)的加入对光催化氧化起到了协同作用,提高了光催化氧化的效率.此外,还研究了Fe(Ⅵ)在不同条件下的分解情况,发现光催化氧化能促进Fe(Ⅵ)的分解,随着pH值的增加,TiO₂表面吸附Fe(Ⅵ)的能力减弱.采用光催化氧化方法降解BPA时,加入Fe(Ⅵ)可以提高BPA的氧化降解速率2.5倍.     

表面活性剂修饰氧化铋形貌及其超声降解性能研究

本实验分别用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)以及两种表面活性剂耦合进行修饰氧化铋形貌,并对修饰后的样品进行XRD、EDS、XPS、SEM等表征分析;同时探讨了表面活性剂修饰后的氧化铋在超声作用下对直接大红的最佳投加量和降解性能.结果表明:催化剂的最佳投加量为75 mg,最佳降解性能的样品为阴阳离子表面活性剂耦合修饰的氧化铋;当催化剂投加量为75 mg、初始浓度为10 mg·L-1、超声频率为45 k Hz、功率为100 W时,表面活性剂SDBS与CTAB在比例为1∶1耦合时修饰的氧化铋在20 min内对直接大红的总去除率达到99.4%,比空白实验提高16倍多.     

鼠李糖脂对铜绿假单胞菌降解颗粒有机质的影响

通过好氧降解实验研究了生物表面活性剂鼠李糖脂对1株铜绿假单胞菌(Pseudomonas Aeruginosa)降解颗粒有机质的影响,着重探讨了其作用方式,并与TritonX-100和SDS等2种化学表面活性剂作了对比.结果表明,浓度高于临界胶束浓度的鼠李糖脂在基质表面的等温吸附呈线性规律.鼠李糖脂在基质和微生物表面的吸附使菌体在基质表面的吸附性能减弱.鼠李糖脂和2种化学表面活性剂的物化作用使基质水分得以较长时间地保持,并加强了有机质在基质液相中的分散.在鼠李糖脂的作用下,有机质的降解从颗粒表面转移到液相,降解方式发生了改变.通过以上作用,鼠李糖脂促进了微生物的生长和有机质的降解.SDS和TritonX-100对有机质颗粒的降解也产生了一定的促进作用.     

固定化荧光假单胞菌降解阴离子表面活性剂的研究

用海藻酸钠法包埋适冷性微生物荧光假单胞菌株AIS-11,并用于处理阴离子表面活性剂废水,所有实验均在批式反应器中进行。以L_9(3~4)正交试验确定了其对阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的最佳包埋条件,并且对游离细胞和固定化菌体的降解过程进行了动力学分析和比较。结果表明,固定化珠体能将吸附和生物催化过程有机地耦联起来,有效地提高了阴离子表面活性剂的降解速率,将底物最大利用速度(mg/L·h)从游离细胞的5.75(SDS)和5.12(SDBS)分别提高至22.89和25.14。     

泡沫层生化反应降解表面活性剂

在含有表面活性剂的废水中进行微孔曝气,形成稳定的泡沫层,泡沫层与固定化微生物接触,使表面活性剂得到降解、研究结果表明泡沫层生化反应有助于优势微生物的富集,表面活性剂降解速度从21mg（L·h）提高到35mg（L·h）;表面活性剂的去除率从71％提高到95％,而且这种方法可以解决含表面活性剂废水处理过程中泡沫四处外溢的现象。     

UV/Fe2+/过硫酸盐降解噻虫啉的响应曲面法优化研究

构建了紫外-亚铁联合活化过硫酸盐的体系用于高效降解噻虫啉（Tiacloprid,THIA）,以Fe²⁺浓度、过硫酸盐（Persulfate,PS）浓度、pH值、紫外功率为因变量,THIA去除率为响应值,通过中心复合设计法（Central Composite Design,CCD）建立因素和响应值之间的数学模型.模型拟合结果显示,当Fe²⁺浓度为0.318mmol/L,PS浓度为0.544mmol/L,pH值为3.054和紫外功率为58.133W时,模型预测THIA降解率最高为100%.验证实验结果（98.4%）与预测值基本一致,证明了响应曲面法用于优化紫外-亚铁联合活化过硫酸盐体系降解THIA的可行性.     

预加入柠檬酸螯合亚铁对过硫酸盐降解土壤中农药的影响

螯合亚铁活化过硫酸盐可高效氧化降解土壤中有机污染物,但由于土壤组分的竞争效应,通常情况下修复药剂的利用效率较低. 本研究选取柠檬酸螯合亚铁(Fe2+-CA)为模型活化剂,考察了活化剂预加入对其活化过硫酸盐(PS)氧化降解不同土壤中农药、多环芳烃的影响. 结果表明:Fe2+-CA的预加入影响了柠檬酸螯合亚铁活化过硫酸盐体系(简称“Fe2+-CA/PS体系”)对土壤中莠去津的降解效果,土壤中莠去津的降解率与活化剂预加入时间的关系呈倒U型趋势线,其中在活化剂预加入约5 min时,莠去津的去除率(73.6%)达最大值,相比修复药剂直接加入体系的效果增加了17%. 相关测试表征显示,在活化剂预加入5 min的情况下硫酸根自由基的贡献增大,降低了土壤有机质对氧化剂的消耗,提高了过硫酸钠的有效利用率,促进了土壤中污染物的降解. 柠檬酸螯合亚铁预加入约5 min时促进Fe2+-CA/PS体系降解土壤中污染物的效应适用于不同过硫酸钠常用浓度、不同类型土壤和不同有机污染物(包括农药和多环芳烃),但促进效果通常与过硫酸盐用量、土壤类型、污染物种类有关. 莠去津污染土壤修复扩大规模试验证实,活化剂预加入5 min使Fe2+-CA/PS体系对含水率为饱和持水量80%的土壤中莠去津的降解效果提高了47%. 研究显示,Fe2+-CA预加入约5 min时对Fe2+-CA/PS体系降解土壤中有机污染物的促进效果最好.      

Effect of crystalline structure on terbuthylazine degradation by H2O2-assisted TiO2 photocatalysis under visible irradiation

Various methods for shifting the optical response of TiO₂ into the visible (Vis) range have been reported. Herein, we reported the application of a TiO₂/H₂O₂/Vis process and the effects of TiO2 crystalline structure on the degradation of terbuthylazine. The results indicated that TiO₂ crystalline structure and H₂O₂ addition had significant effects on terbuthylazine degradation: its degradation rate could be increased from 7% to 70% with H₂O₂ addition after 180?min of reaction, the synergistic degradation of terbuthylazine by TiO₂-Fe^{3 +} was substantially accelerated, with the degradation rate reaching up to 100% after 20?min of reaction, and rutile TiO₂ showed better photocatalytic activity and a more obvious synergistic effect than anatase TiO₂. The addition of free-radical scavengers (tert-butyl alcohol or methanol) inhibited the degradation efficiency of rutile TiO₂, but had a relatively minor effect on anatase TiO₂. Fluorescence spectrophotometry analysis indicated that hydroxyl free radicals could be continuously produced when using rutile TiO₂ as the photocatalyst. Degradation of terbuthylazine catalyzed by rutile TiO₂ occurred mainly in solution, but occurred on the particle surface of the photocatalyst when catalyzed by anatase TiO₂. This study provides new insight into the role of TiO₂ crystalline structure on the degradation of terbuthylazine and its photocatalytic degradation mechanism.     

UV/H_2O_2/草酸高铁铵体系中孔雀石绿的光降解研究

研究了UV/H2O2/草酸高铁铵体系下孔雀绿(Malachite green,MG)光降解过程中的影响因素,包括MG的初始浓度、初始pH值、投加H2O2浓度和草酸高铁铵浓度等。结果表明:MG初始浓度越低光降解越快,碱性条件有利于MG的降解,其最佳降解pH为11.0;随H2O2浓度的增加,MG降解率先增加后减少,在100mmol/L时,降解率最高;MG降解率随草酸高铁铵浓度增加而增加,于10.0mmol/L时MG降解率最高;UV/H2O2/草酸高铁铵体系的降解效果较强,交叉实验结果表明H2O2:草酸高铁铵浓度比在1～20:1时降解率均高于。因此该体系具有快速、简单、经济并高效率等特点,可应用于染料废水的降解和脱色工艺中。     

Oxidative degradation of phenol by sulfidated zero valent iron under aerobic conditions: The effect of oxalate and tripolyphosphate ligands

After adding either organic or inorganic ligands, sulfidated nano-zero-valent iron (SnZVI) was used for aerobic degradation of phenol, and the effect of the ligand species on oxidation performance was investigated. We found that SnZVI hardly degraded phenol in the absence of ligand addition. Ligands initiated and promoted the degradation of pollutants by SnZVI. The data herein show that a characteristic inorganic ligand, tripolyphosphate (TPP), is more effective in enhancing oxidation than a characteristic organic ligand oxalate. In addition to the scavenging of reactive oxidants by the organic ligand, more ferrous ion (Fe(II)) dissolution from SnZVI in the TPP system is another cause for the superior enhancement by the inorganic ligand. In the oxalate system, as the sulfur content of SnZVI increased, the oxidation efficiency increased because FeS shell promoted the transfer of electrons to produce more reactive oxygen species (ROS). In TPP system, the effect of sulfur content on oxidation performance is more complex. The SnZVI with low sulfur content showed poor oxidation performance compared with that of nZVI. Further experiments proved that sulfidation might weaken the complexation of TPP with surface bound Fe, which would slow down the ionic Fe(II) dissolution rate. Therefore, sulfidation has the dual effects of enhancing electron transfer and inhibiting the complexation of inorganic ligands. In addition, the mechanisms of ROS generation in different ligand systems were investigated herein. Results showed that the critical ROS in both the oxalate and TPP systems are hydroxyl radicals, and that they are produced via one-electron activation of O₂.     

UV/H2O2/草酸铁处理垃圾渗滤液的研究

利用UV(125 W)/H₂O₂/草酸铁处理已经过生化处理的垃圾渗滤液(CODCr为450 mg/L)时,反应较佳条件是pH值为4.0及总药剂用量为14 mL/L.草酸铁的用量要适当,投加量过少,混凝效果较差,有效光子不能完全转化为化学能,处理效果不理想;投加量过多,溶液形成棕色混浊,使紫外光的吸收降低,造成光散射,降低反应速度.而H₂O₂的投加量过多,将使铁的络合物更加稳定,H₂O₂的分解速率受到限制,投加量过少,效果也会降低.当总药剂用量为14 mL/L(其中30%过氧化氢6 mL/L,0.1 mol/L草酸铁溶液8 mL/L)时,反应30 min后,CODCr去除率可达80%左右,脱色率可达90%以上.      

UV/H2O2降解羟苯甲酮反应动力学及影响因素

有机防晒剂随着日常使用不断进入环境中,成为一类新兴污染物.考察了UV/H2O2工艺对典型有机防晒剂羟苯甲酮(BP-3)的水相光化学降解特征,并对BP-3降解反应的影响因素包括初始BP-3浓度、H2O2浓度、UV光强、共存阳离子和阴离子、叔丁醇和腐殖酸投加量等进行了研究.结果表明,BP-3的降解速率常数随初始BP-3浓度升高而降低,随着H2O2浓度增大而增高,随着UV光强增强而增大;阴离子会在一定程度上降低反应速率,阳离子中Fe3+会产生类芬顿反应,促进生成·OH,对降解反应有显著的促进作用,投加叔丁醇和腐殖酸皆会抑制降解反应进行.采用每一对数减小级电能输入(EEo)指标对UV/H2O2工艺的电能利用效率进行了评价,Fe3+的加入显著减小了EEo.研究不同因素对UV/H2O2工艺降解效果的影响,可对实际工程中采用UV/H2O2去除苯甲酮类有机防晒剂提供参考.     

g-C3N4在可见光下协同PDS降解磺胺二甲嘧啶的机制研究

以二聚氰胺为前驱体合成光催化剂石墨相碳化氮(g-C_3N_4),通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等技术对g-C_3N_4材料进行形貌结构和光学性能的表征.实验过程中,以g-C_3N_4光催化降解磺胺二甲嘧啶(SMZ)中,加入过硫酸盐(PDS)联合效果的研究结果表明,PDS加快了g-C_3N_4对SMZ的光催化降解;通过荧光测试,表明了PDS使g-C_3N_4的光生空穴(h~+)与光生电子(e-)能够进行有效地分离,从而加强其光催化性能;实验同时研究了PDS/g-C_3N_4体系对磺胺二甲嘧啶(SMZ)光催化降解的影响机制.研究表明,SMZ的光催化降解反应符合准一级动力学规律;pH在酸性环境下有利于SMZ的降解;使用草酸钠作为光生空穴分子捕获剂,检测到h~+存在于PDS/g-C_3N_4光催化体系中,并计算得出h~+的贡献率为65.9%,表明h~+在降解中起到主要作用;TOC的检测表明,加入PDS有助于SMZ的矿化.     

二氧化钛悬浆体系中过硫酸盐对苯酚光催化降解的影响

研究了二氧化钛悬浮溶液中过硫酸盐对苯酚的吸附和光催化降解动力学的影响.在过硫酸盐浓度较低的条件下,S2 O2 - 8的加入能有效提高苯酚的光催化降解速率和表观量子产率,UV TiO2 K2 S2 O8体系下的表观量子产率大于UV TiO2 与UV K2 S2 O8两体系下表观量子产率之和;但是,当过硫酸盐浓度较高时,随着S2 O2 - 8浓度的增加,竞争性吸附加剧,二氧化钛表面的苯酚吸附量急剧减少,导致苯酚的降解速率和表观量子产率不升反降,苯酚平衡吸附量与光催化降解速率呈高度一致性.在本实验条件下,当K2 S2 O8浓度为5 0 0mg·L- 1 时表观量子产率达到最大,协同因子达0 3 9.在不同强度的入射光条件下,也能得到相似的结果.此外,讨论了pH值对不同体系TOC去除率的影响,并对在K2 S2 O8存在时TiO2 的光催化机理进行了探讨     

Reaction mechanism and metal ion transformation in photocatalytic ozonation of phenol and oxalic acid with Ag+/TiO2

Photocatalytic ozonation of phenol and oxalic acid （OA） was conducted with a Ag^＋/TiO2 catalyst and different pathways were found for the degradation of different compounds. Ag^＋ greatly promoted the photocatalytic degradation of contaminants due to its role as an electron scavenger. It also accelerated the removal rate of OA in ozonation and the simultaneous process for its complex reaction with oxalate. Phenol could be degraded both in direct ozonation and photolysis, but the TOC removal rates were much higher in the simultaneous processes due to the oxidation of hydroxyl radicals resulting from synergetic effects. The sequence of photo-illumination and ozone exposure in the combined process showed quite different effects in phenol degradation and TOC removal. The synergetic effects in different combined processes were found to be highly related to the properties of the target pollutants. The color change of the solution and TEM result confirmed that Ag＋ was easily reduced and deposited on the surface of Tit2 under photo-illumination, and dissolved again into solution in the presence of ozone. This simple cycle of enrichment and distribution of Ag^＋ can greatly benefit the design of advanced oxidation processes, in which the sequences of ozone and photo-illumination can be varied according to the needs for catalyst recycling and the different properties of pollutants.