UV、H2O2、O3及其联用工艺对水中DMP的去除效果和降解机理分析

采用UV、H2O2、O3及其联用工艺对自来水本底条件下邻苯二甲酸二甲酯(DMP)的去除效果、特性及降解机理进行了对比和分析.采用单独的UV光照射不能有效去除DMP;而UV-H2O2联用工艺对DMP具有良好的去除效果.在DMP初始浓度约为1.0 mg·L-1,UV光强为133.9μW·cm-2,H2O2投加量为20 mg·L-1的条件下,30 min后DMP的去除效果可以达到73.08%,在降解过程中,监测到DMP氧化产物;当DMP初始浓度约为1.0 mg·L-1,O3投加量为3 mg·L-1时,单独O3氧化DMP的去除率为55.81%;UV-O3联用工艺对DMP的去除效果略优于单独O3氧化,去除效果提高了10%左右.单独O3和UV-O3氧化在初始氧化阶段可形成不同于UV-H2O2工艺的降解产物;UV-H2O2-O3联用工艺能高效氧化水中DMP,O3的投加不但极大的增强了UV-H2O2工艺的氧化性能,同时抑制了UV+H2O2降解过程中DMP氧化产物的生成,并使生成的产物快速降解.几种氧化工艺对DMP去除效果顺序依次为UV＜O3＜UV-O3＜UV-H2O2＜UV-H2O2-O3.     

微波诱导NiO催化降解水中邻苯二甲酸二甲酯

采用超声辐射沉淀-氧化法制备了纳米催化剂NiO,用XRD、XPS、BET和SEM等方法对其进行了表征.构建了微波-NiO催化反应体系,考察了该体系对DMP的去除效率及影响因素,并利用GC/MS、LC/MS鉴定降解产物,提出了可能的降解机理.结果表明：微波诱导NiO催化氧化技术是降解DMP的有效方法,在微波（750W）诱导NiO（0.4mg/L）催化降解体系中,15min内10mg/L DMP的去除率达70%以上.降解效率受到反应体系中不同条件的影响：微波功率的增加可以提高降解效率;催化剂NiO浓度越高,降解速率越快;溶液初始pH值对DMP的降解效率影响非常大,随着pH值的增大,降解效率明显提高.通过GC/MS、LC/MS分析,反应过程中DMP的降解产物主要包括双链水解产物邻苯二甲酸以及异构化产物对苯二甲酸、单链水解产物邻甲酯苯甲酸、苯环三取代产物甲酯基-邻苯二甲酸、侧链缩合形成的双环产物和少量小分子有机酸,由此推断DMP在微波诱导NiO催化体系中的降解主要包括6个途径：水解、异构化、甲酯基反应、侧链缩合成环、羟基化和开环等.     

酸性条件下Ti（Ⅳ）催化O3/H2O2降解邻苯二甲酸二甲酯

研究了酸性条件下O3、O3/H2O2、Ti(Ⅳ)/O3和Ti(Ⅳ)/O3/H2O2氧化邻苯二甲酸二甲酯(DMP)的效能.结果表明,在初始pH为2.8条件下,Ti(Ⅳ)/O3/H2O2体系对DMP的降解效率,矿化程度和臭氧的利用率都明显优于其他3种氧化体系.相同条件下O3、O3/H2O2、Ti(Ⅳ)/O3和Ti(Ⅳ)/O3/H2O2降解DMP的一级表观速率常数分别为3.96×10-4s-1、9.54×10-4s-1、1.07×10-3s-1和6.41×10-3s-1.与单独臭氧化相比,Ti(Ⅳ)/O3/H2O2体系臭氧的利用率约可提升6.51%.优化实验表明,本实验条件下Ti(Ⅳ)的最佳浓度为1.4 mg·L-1,H2O2最佳投加量为10 mg·L-1.结合气质联用(GC/MS)与离子色谱(IC)的分析结果,对Ti(Ⅳ)/O3/H2O2降解DMP的可能反应途径进行了初步的解析.     

K2FeO4氧化降解3,4－二甲基苯胺的机理研究

以3,4－二甲基苯胺为目标污染物,高铁酸钾（K₂FeO₄）为氧化剂,考察催化氧化过程中的表观动力学及反应机制,确定高铁酸钾降解3,4 －二甲基苯胺的表观动力学方程为：r=0.0043C_A^0.486C_B^1.2477,反应级数为1.7337,符合准二级动力学方程.同时通过GC/MS技术,分析降解过程的中间产物,推测在高铁酸钾的作用下,3,4－二甲基苯胺先转变成2,4－二甲基苯胺,然后苯环上的氨基及甲基先后被氧化,生成4－硝基间苯二甲酸,再发生脱羧反应,生成硝基苯,硝基苯被高铁酸钾进一步攻击,生成苯环正离子,其后开环生成一系列小分子烃类物质,这些物质继续被氧化,最终生成二氧化碳与水.推测该氧化还原过程的控制反应为两步：第一步,高铁酸钾攻击3,4－二甲基苯胺苯环上的侧链;第二步为苯环的开环反应.此降解过程主要包括表面络合催化与界面催化两种反应机制.     

水体系中3种常见邻苯二甲酸酯的光化学降解研究

采用固相微萃取-气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术,研究了不同介质、光源、起始浓度、H2O2浓度等对3种常见邻苯二甲酸酯(PAEs)光化学降解过程的影响,并对邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)光降解的中间产物进行了检测,提出了可能发生的降解路径.结果表明:在不同介质中,邻苯二甲酸二甲酯(DMP)和邻苯二甲酸二乙酯(DEP)在Millipore-Q水中降解速度最快,而DEHP在天然海水中降解速度最快;3种PAEs在紫外灯照射下比模拟日光下降解速度快;相同紫外光照条件下,不同初始浓度的DMP、DEP和DEHP在研究浓度范围内(0.5~10μg·L-1)的光降解率随着浓度的增加呈现减小趋势;此外,体系中H2O2的存在会明显加快PAEs的降解速率;通过GC-MS分析,检测出了DEHP在UV/H2O2条件下降解产生的中间产物,并且发现DEHP是从侧链开始降解的.     

Fe(VI)/CaO2双氧化体系降解水环境中的DMP

研究了高铁酸盐（Fe（VI））/过氧化钙（CaO₂）联合处理对邻苯二甲酸二甲酯（DMP）的降解性能及机理,分析了共存离子的影响.基于响应面方法中的Box-Behnken实验设计进行了多因素实验,采用二次多项式和逐步回归法拟合了DMP去除率与Fe（VI）投加量、CaO₂投加量和反应时间之间的关系,对实验条件进行了优化分析.结果表明,在初始pH值为中性条件下,Fe（VI）/CaO₂可以有效去除DMP,降解过程符合准一级动力学模型.当Fe（VI）/CaO₂/DMP物质的量比为1.1/4.4/1时,模型预测DMP最大降解率为95.57%,和验证实验得出的降解率90.14%相近,表明该响应面模型具有较好的模拟和预测能力.HCO₃^-和Mg²⁺对DMP的降解有一定抑制作用.自由基清除实验结果显示,羟基自由基（HO·）和超氧自由基（O₂^-·）对DMP的降解具有重要贡献,表明Fe（VI）和CaO₂可形成类芬顿试剂协同降解污染物.DMP的主要降解途径包括酯基水解、侧链氧化和苯环的羟基化;主要降解产物为邻苯二甲酸单甲酯,2,5-二羟基苯甲酸,间苯二甲酸,草酸等.     

胶束电动毛细管色谱对水中邻苯二甲酸二甲酯降解历程的研究

研究了邻苯二甲酸二甲酯在臭氧氧化和二氧化钛光催化氧化两种条件下的氧化降解历程。采用胶束电动毛细管色谱技术对邻苯二甲酸二甲酯降解反应的中间产物和终产物进行跟踪分析。初步认为 ,臭氧氧化邻苯二甲酸二甲酯时 ,首先是侧链反应 ,生成邻苯二甲酸 ,然后再进一步氧化降解。而TiO2 光催化氧化时 ,则为自由基直接攻击苯环 ,开环生成链状化合物 ,最终降解为CO2 和H2 O。     

胶束电动毛细管色普对水中邻苯二甲酸二甲酯降解历程的研究

研究了邻苯二甲酸二甲酯在臭氧氧化和二氧化钛光催化氧化两种条件下的氧化降解历程，采用胶束电动毛细管色谱技术对邻苯二甲酸二甲酯降解反应的中间产物和终产物进行踊跃分析，初步认为，臭氧氧化邻苯二甲酸二甲酯时，首先是侧链反应，生成邻苯二甲酸，然后再进一步氧化降解，而TiO2光催化氧化时，则为自由基直接攻击苯环，开环生成链状化合物，最终降解为CO2和H2O。     

UV/Si-FeOOH/H_2O_2氧化降解水中邻苯二甲酸二甲酯

通过Si掺杂方式自制无定型Si-FeOOH催化剂,并将其用于UV/Si-FeOOH/H2O2光解体系降解内分泌干扰物邻苯二甲酸二甲酯(DMP),通过XRD、IR和SEM测试研究了Si-FeOOH的晶相结构,并与普通FeOOH进行铁溶出对比,研究pH值等因素对Si-FeOOH表面吸附和对协同体系降解DMP效能的影响.结果表明,通过Si掺杂所制得的Si-FeOOH为无定型结构,比表面积大,铁溶出率低;在Si/Fe摩尔比为0.2的Si-FeOOH投量为0.5 g/L,pH=5.0,H2O2浓度为2.0 mmol/L,125 W UV365条件下,DMP的降解效果显著,30 min内DMP降解率达到97%.与单一方法相比,UV、Si-FeOOH、H2O2三者的协同作用使得光-类Fenton可有效降解水中DMP,Si-FeOOH经多次循环使用后仍有较好的催化活性.     

UV/K_2S_2O_8降解偶氮染料AO7的研究:动力学及反应途径

紫外光分解过硫酸盐(S2O28-)是一种新型的高级氧化技术,可以产生强氧化性的硫酸根自由基(SO·4-).以偶氮染料AO7为目标污染物,重点研究了反应体系氧化剂K2S2O8浓度、溶液初始pH值和无机阴离子(H2PO4-、HCO3-、NO3-和Cl-)对反应体系的影响.结果表明,AO7的降解遵循准一级动力学,当AO7初始浓度为0.14mmol/L时,最佳的氧化剂K2S2O8与污染物AO7的摩尔比为20.pH值对UV/K2S2O8体系降解AO7的反应速率影响较大,增大pH有利于SO·4-转化为·OH.溶液中的无机离子对反应体系有一定的抑制作用.采用GC/MS分析了UV/K2S2O8体系降解AO7的主要中间产物(萘酚、1,2-苯并吡喃酮、邻苯二甲酸),并根据中间产物的分析推测了降解途径.     

水中腐殖酸对高级氧化联用技术去除内分泌干扰物（DMP）的影响

使用腐殖酸模拟本底天然有机物进行试验,采用UV-H₂O₂、O₃、UV-O₃3种高级氧化工艺,研究了水中腐殖酸对3种高级氧化联用技术去除饮用水中内分泌干扰物(DMP)的影响.结果表明,UV-H₂O₂联用工艺氧化DMP的过程符合伪一级反应动力学,水中腐殖酸的存在对UV-H₂O₂联用工艺氧化DMP的影响非常大,伪一级反应的速率常数与本底TOC值的关系式为K=0.162 0[TOC]₀^{-0.817 1};同时水中腐殖酸对UV-O₃联用工艺氧化DMP的效果影响比较大,而总体上腐殖酸对O₃氧化DMP的去除影响不大.从效果分析知,在一定浓度腐殖酸本底条件下单独O₃氧化和UV-O₃联用工艺对DMP的氧化均以O₃分子对DMP的氧化起主导作用,当腐殖酸浓度变小,UV-O₃联用工艺体系中.OH自由基氧化DMP的重要性增大.水中腐殖酸对3种高级氧化工艺的影响程度顺序依次为:UV-H₂O₂>UV-O₃>O₃.     

紫外驱动高级氧化法降解水体中的磷酸三苯酯

有机磷酸酯（OPEs）作为备受关注的一类新污染物,已对偏远的南极地区水环境引发了中等风险.磷酸三苯酯（TPHP）是水体中常见的OPEs,已被证实具有毒性效应、生物富集和放大效应,对环境和人体健康威胁较大.利用傅里叶红外光谱仪（FT-IR）和液相色谱-串联质谱联用仪（LC-MS/MS）探究TPHP在紫外-过氧化氢（UV-H₂ O₂）、紫外-二氧化钛（UV-TiO₂）和紫外-过硫酸盐（UV-PS）这3种高级氧化体系（UV-AOPs）中的降解过程,创新性地利用FT-IR实现了TPHP降解过程中红外特征峰变化的在线观测,并对其降解反应动力学、光降解产物和降解路径进行了分析.结果表明,TPHP在UV-H₂ O₂、UV-TiO₂和UV-PS体系下均能得到有效降解,其光降解半衰期分别为74、150和89 min.其中,UV-H₂ O₂体系对TPHP的降解效果最好.TPHP在3种体系下的降解反应均符合一级动力学.当H₂ O₂浓度为0~0.097 mol ·L^-1时,H₂ O₂浓度升高会促进TPHP降解;当TiO₂浓度为0~0.013 mol ·L^-1时,TiO₂浓度升高会促进TPHP降解.TPHP的光降解路径主要是P—O—C键断裂、苯环结构的C—H键断裂和水解反应.利用UV-H₂ O₂体系对成都市环境水体中OPEs进行降解实验,发现对公园景观水体的水样进行降解反应60 min时,TPHP的去除率为66%.     

超声、紫外增强H2O2/KI降解磺胺甲基嘧啶

实验以H_2O_2和KI作为分子碘(I2)的来源,研究比较了超声、紫外分别增强H_2O_2/KI降解磺胺甲基嘧啶(sulfamerazine,SMR)的效果、主要影响因素、分子碘的生成、主要活性物种和产物.结果表明,超声、紫外均能有效增强H_2O_2/KI对磺胺甲基嘧啶的降解,超声的增强效果明显;pH值对磺胺甲基嘧啶的去除率影响较大,pH为2.6~5.6,去除率随pH升高而降低;自由基抑制结果表明,碘自由基(I·和I-2·)是超声、紫外增强H_2O_2/KI降解磺胺甲基嘧啶的主要活性物质.HPLC/MS/MS分析检测到一碘代苯.     

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.      

UV和H2 O2联合消毒灭活饮用水中大肠杆菌研究

以大肠杆菌为研究对象,对单独紫外线(UV)、H2O2及两者不同组合方式的灭活效果进行了分析.结果表明,单独H2O2对大肠杆菌基本无灭活效果,加入浓度为20 mg·L-1的H2O2接触时间为30 min时,灭活率仅为0.02个对数级;单独UV工艺可在一定程度上灭活大肠杆菌,紫外线剂量为10 mJ·cm-2时,灭活率可达到4.51个对数级.紫外线和H2O2联合消毒在一定程度上提高了消毒效果,且不同的组合方式对灭活效果有很大的影响.先UV后H2O2消毒效果优于先H2O2后UV,当紫外线剂量为5 mJ·cm-2时,加入H2O2分别反应2.5、5、10、20 min后,两者的灭活率分别较单独UV消毒增加0.09、0.35、0.38、0.68和0.01、0.07、0.14、0.53个对数级.而UV与H2O2同时消毒效果优于UV与H2O2顺序消毒,当紫外线剂量为5 mJ·cm-2时,加入H2O2反应20 min后,灭活率较UV-H2O2和H2O2-UV工艺分别增加了0.43和0.58个对数级.随着紫外线强度的增加,大肠杆菌的灭活效果不断提高.     

纳米Fe3O4/H2O2降解诺氟沙星

采用纳米Fe3O4催化H2O2氧化降解水环境中的诺氟沙星.考察了溶液酸度、温度、催化剂和H2O2浓度对诺氟沙星降解的影响,对比不同底物在Fe3O4/H2O2体系中的降解情况,并进一步探讨了其反应机制.结果表明,溶液酸度显著影响诺氟沙星的降解率,在酸性条件下（pH=3.5）诺氟沙星的降解效率最高.诺氟沙星的降解率随纳米F...     

BiVO4-Cu2O/CuO双光电极自偏压光电催化降解苯酚研究

基于费米能级差,构建了以BiVO_4为光阳极,Cu_2O/CuO为光阴极的双光电极可见光响应光催化燃料电池体系,研究了该体系在不同氧化剂的辅助作用下光电催化降解苯酚的效率与动力学.结果表明,向该体系中投加H_2O_2可以显著促进苯酚的降解,且反应过程光电流稳定,铜溶出量低.详细探究了H_2O_2初始浓度、pH对降解的影响,结果表明在H_2O_2投加量为5 mmol·L~(-1),初始pH为3.5条件下利于苯酚降解,5 mg·L~(-1)的苯酚可在120 min内完全去除.顺磁共振和猝灭实验表明该体系的主要氧化物种为·OH、·O~-_2和光生空穴.该催化体系实现了苯酚在可见光下的高效催化降解.     

O3/H2O2氧化苯乙烯气体性能及机制

O3/H2O2体系能产生大量自由基,臭氧与自由基的耦合氧化作用能提高苯乙烯的氧化去除效率.采用O3/H2O2氧化高浓度苯乙烯有机废气,研究了臭氧投加量、停留时间、H2O2体积分数、循环液喷淋密度和O3/C8H8摩尔比对苯乙烯去除率的影响.结果表明,O3/H2O2气液两相氧化能高效净化苯乙烯有机废气,苯乙烯去除率可达85.7%.适宜运行条件:停留时间为20.6 s,H2O2体积分数为10%,喷淋密度为1.72 m3·(m2·h)-1,O3/C8H8摩尔比为0.46.采用GC-MS分析O3/H2O2气液两相高级氧化苯乙烯出口气样,研究结果表明苯甲醛(C6H5CHO)和苯甲酸(C6H5COOH)为O3/H2O2氧化苯乙烯的中间产物,并推测出苯乙烯的降解机制.     

钯掺TiO2光催化降解全氟辛酸

全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)以其分布广泛性、生物蓄积性、生物毒性强而成为全球关注的一种新型持久性有机污染物.采用化学还原法制备钯掺二氧化钛(Pd-Ti O2)催化剂,利用XRD、FESEM、UV-vis DRS对催化剂进行表征,并考察其在365 nm紫外光照射下对PFOA的光催化降解效果.结果表明,化学还原的制备方法使Ti O2粒径减小、比表面积增大且对紫外光的吸收性能增大,但并不引起PFOA光催化效果的改变.而Pd掺杂后大大增强了PFOA的降解效果,反应7 h后溶液中氟离子浓度为6.62 mg·L-1,是Ti O2(P25)的7.3倍.投加俘获剂与通入氮气的实验证明,在PFOA的降解过程中·OH起重要作用,氧气的存在可促进PFOA的降解.采用UPLC-QTOF-MS对产物进行鉴定分析,PFOA的可能降解过程是经h+氧化后发生脱羧基反应,产生的全氟烷烃自由基(·CnF2n+1)被·OH氧化,脱氟生成短链全氟羧酸.Pd能作为电子(e-)捕获剂、加速e-向O2等电子受体的转移,从而缓解e-累积,提高对PFOA的降解效果.     

硼酸和磷酸对PMS/Co2+均相催化氧化有机物的影响因素与机制

基于过一硫酸盐（PMS）的高级氧化方法被广泛用于有机污染物的降解.本研究以富电子偶氮染料酸性橙7（AO7）为目标有机物,探究了在硼酸（路易斯酸）和磷酸（布朗斯台德酸）两种不同类型的缓冲液中,PMS/Co²⁺均相催化氧化降解有机物的差异、影响因素及作用机制.PMS/Co²⁺均相催化氧化体系在磷酸盐缓冲液中降解有机物的k值高于其在硼酸盐缓冲液中,而在磷酸盐缓冲液中的前10 s降解率却低于其在硼酸盐缓冲液中.该体系氧化降解有机物在硼酸和磷酸缓冲液中的差异随着缓冲液、PMS浓度、Co²⁺浓度和pH的变化而有所不同.PMS/Co²⁺体系在磷酸盐缓冲液中主要通过SO₄^-·或·OH氧化降解有机物,在硼酸盐缓冲液中,PMS/Co²⁺体系主要通过非自由基途径（¹O₂）降解有机物.该研究将为PMS均相催化中不同类型缓冲液的应用提供参考.