地下水水化学成分对类Fenton法氧化硝基苯的影响

实验主要研究了地下水水化学成分对类Fenton法氧化去除硝基苯的影响。采用天然细砂模拟地下含水层介质,利用砂样中的原位铁做催化剂进行类Fenton氧化硝基苯实验。通过不同硝基苯和过氧化氢摩尔比的类Fenton实验,确定两者的最优物质的量比。然后模拟配制Na-SO4、Na-Cl、Ca-HCO3和Ca-SO4型4种水化学成分不同的地下水,在硝基苯和过氧化氢最优物质的量比情况下,研究了地下水水化学成分对类Fenton法氧化去除地下水中硝基苯的影响。反应在棕色瓶中进行,并用20℃恒温培养振荡器,以120 r.min-1的频率对其振荡。分别在10、30、60、90和120 min时取样,用气相色谱法检测硝基苯的质量浓度。结果表明：硝基苯和过氧化氢的最佳物质的量比为1∶200;地下水的水化学成分对类Fenton反应有重要影响,Na-SO4、Na-Cl、Ca-HCO3和Ca-SO4型地下水中硝基苯的最终去除率分别约为91%、92%、75%、82%,反应所需的时间大约为90、30、120和30 min。因此,类Fenton法对硝基苯污染地下水的原位化学修复具有较好效果,研究结果可为硝基苯污染地下水的原位化学修复提供一定的理论依据。     

Ce-Mn/Al2O3-H2O2催化氧化皮革废水的研究

以浸渍法制备了Ce-Mn/Al_2O_3催化剂,研究该催化剂在H_2O_2非均相类Fenton体系中对皮革废水污染物的催化降解性能.在单因素试验的基础上,以COD去除率为响应值,采用Box-Behnken响应曲面法考察了催化剂投加量、H_2O_2投加量、初始pH、反应时间等4个因素之间的单独作用及交互作用,实验数据用Design-Expert 8.0.6软件进行处理,得到二次响应曲面模型.结果表明,4个独立变量对响应值的影响顺序如下:初始pHH_2O_2投加量催化剂投加量反应时间,数学模型拟合度高(R_(adj)~2=0.9349),利用该模型预测的最大COD去除率为78.86%,最佳反应条件为:催化剂投加量56.63 g·L~(-1),H_2O_2投加量315.15 mg·L~(-1),初始pH3.51,反应时间2 h,经实验验证COD去除率为80.94%,与模型预测值偏差2.08%.     

纳米过氧化钙对地下水中硝基苯的类-Fenton降解效果

为了探究基于纳米过氧化钙（CaO₂）的类芬顿氧化技术（Modified Fenton,MF）修复污染地下水的可行性,本研究先对纳米CaO₂制备方法进行改进,制备出有效含量高达88.35%的纳米CaO₂粉末;其次,通过分析静态试验中反应体系的pH值、DO以及硝基苯浓度变化,探究纳米CaO₂降解硝基苯的过程和影响因素,确定了硝基苯的降解动力学和最佳反应条件;通过掩蔽实验探究不同自由基的作用效力;最后进行一维模拟柱动态模拟,综合分析评估纳米CaO₂去除硝基苯的机理和效果.结果表明：CaO₂投加量、EDTA-Fe²⁺浓度与硝基苯初始物质的量浓度满足48：8：1时降解效果最佳,其降解曲线符合一级动力学曲线,且反应过程中起主要降解作用的自由基是·OH,但降解效果会受到HCO₃^-、SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等离子的影响;一维模拟柱的模拟结果表明,在存在适量铁的条件下,纳米CaO₂可以作为过氧化氢缓释剂,通过类芬顿催化产生自由基降解污染物,这说明纳米CaO₂在场地修复中具有较好的应用前景.     

Synthesis of nitrogen-doped carbon nanotubes-FePO4 composite from phosphate residue and its application as effective Fenton-like catalyst for dye degradation

Phosphate residue is regarded as a hazardous waste, which could potentially create significant environmental and health problems if it is not properly treated and disposed of. In this study, nitrogen-doped carbon nanotubes-FePO_4(NCNTs-FePO_4) composite was successfully synthesized from phosphate residue, and its application as an effective catalyst was explored. Firstly, an effective method was developed to recover FePO_4 from phosphate residue, achieving an impressive FePO_4 mass recovery rate of 98.14%. Then, the NCNTsFePO_4 catalyst was synthesized from the recovered FePO_4 by two main reactions, including surface modification and chemical vapor deposition. Finally, the synthesized NCNTs-FePO_4 was applied to photo-degrade 15 mg/L Rhodamine B(RhB) in a Fenton-like system. The results showed that 98.9% of RhB could be degraded in 60 min, closely following the pseudofirst-order kinetics model. It was found that even after six consecutive cycles, NCNTs-FePO_4 still retained a high catalytic capacity(50%). Moreover, ·OH radicals participating in the RhB degradation process were evidenced using quenching experiments and electron paramagnetic resonance analysis, and a rational mechanism was proposed. It was demonstrated that the materials synthesized from hazardous phosphate residue can be used as an effective catalyst for dye removal.     

基于缺陷重构的类芬顿光催化剂在降解染料废水中的应用

近年来,通过缺陷调控提高催化剂催化性能引起了广泛关注,而缺陷重构过程对光催化-类芬顿耦合反应的影响仍鲜有研究.本文将含铁多酸分子强耦合到富含氧空位缺陷的二氧化钛(TiO_2)光催化剂(P25)表面,考察了缺陷形成和二次重构过程对光催化-类芬顿协同催化降解有机染料活性的影响.结果表明,单氰胺复合后二次煅烧有利于H2气氛处理生成的氧空位进行空间分布重构,重构后的缺陷更为有利于TiO_2表面的光生电荷向含铁多酸分子界面转移.借助TiO_2光催化剂光生电荷分离能力的提升和类芬顿试剂活性位点的增强,缺陷重构的类芬顿光催化剂在降解亚甲基蓝染料的反应中催化活性提高了13倍.     

类芬顿试剂吸收去除气态元素汞

实验初步研究了类芬顿试剂为吸收剂对气态元素汞的脱除性能,考察了铁盐种类、pH、初始汞浓度、反应温度、卤素离子、甲酸添加量等因素对类芬顿试剂脱除气态元素汞性能的影响.结果表明,在pH 3.5条件下,以氯化铁为催化剂时,气态元素汞的脱除效率为76.4%;添加250μg.mL-1Cl-、150μg.mL-1Br-或5.0μg.mL-1甲酸均可以显著提高类芬顿反应体系对气态元素汞的脱除效果,最高脱除效率可达95%以上.     

蒽醌类物质经多相类芬顿预处理前后对活性污泥特性的影响

以活性艳蓝与大黄酸为蒽醌类目标污染物,分析了其经多相类芬顿预处理前后的可生化性及对活性污泥胞外聚合物、胞内物质、脱氢酶活性、脲酶活性、微生物群落的影响.Zahn-Wellens试验表明,活性艳蓝与大黄酸不能被活性污泥有效降解,而经过多相类芬顿预处理后,其呼吸曲线均在内源呼吸线以上,去除率分别达到了84.44%和86.72%.加入蒽醌类污染物后,活性污泥胞外聚合物的三维荧光光谱中,酪氨酸蛋白的吸收峰强度降低,胞内物质的红外光谱中氨基峰变宽;而经多相类芬顿预处理后,对活性污泥特性的影响不明显.加入活性艳蓝与大黄酸后,活性污泥脲酶相对活性仍保持在80%以上,但脱氢酶活性出现了降低,特别是加入大黄酸后,相对活性仅为67.5%左右.同时活性污泥的微生物群落发生了变化,Gram Positive分别由原来的40.15%增大到了47.72%和45.78%,而Gram Negative分别由原来的39.57%减少到37%和37.15%.但加入预处理后的蒽醌类污染物,未对活性污泥的微生物群落造成明显影响.     

Fe2O3/MIL-53(Al)催化类芬顿氧化性能及其作用机制研究

以MIL-53(Al)和铁盐为原料,采用浸渍-焙烧的方法,制备了Fe_2O_3/MIL-53(Al)类芬顿催化剂.通过扫描电子显微镜(SEM)、射透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)及X射线光电子能谱仪(XPS),对Fe_2O_3/MIL-53(Al)、MIL-53(Al)及Fe_2O_3 3种材料的理化性质进行了表征.以亚甲基蓝为相关材料催化类芬顿反应氧化性能的指示剂,考察了Fe_2O_3/MIL-53(Al)、MIL-53(Al)及Fe_2O_3 3种材料催化类芬顿反应的活性.探讨了Fe_2O_3/MIL-53(Al)催化活性强化的相关作用机制.研究结果表明,Fe_2O_3/MIL-53(Al)的物化结构特征是以赤铁矿为主的纳米Fe_2O_3颗粒均匀、离散地分布在MIL-53(Al)之上,纳米Fe_2O_3颗粒尺寸大多集中在1～5 nm.与未负载纳米Fe_2O_3相比,其分散性和颗粒尺寸都展现出潜在优越性.Fe_2O_3/MIL-53(Al)材料催化类芬顿反应降解水溶液中亚甲基蓝的效果是未负载纳米Fe_2O_3的4.8倍(以反应速率常数计),且TOC去除率亦有明显优势.自由基猝灭实验结果表明Fe_2O_3/MIL-53(Al)催化类芬顿降解污染物的主要活性氧类物质为羟基自由基.MIL-53(Al)孔结构发达、孔分布均匀及孔尺寸较小且均一等结构特征,导致负载其中的Fe_2O_3具有孔道负载量大、颗粒分布离散且均匀、颗粒粒径小且均一等特点,从而强化了纳米Fe_2O_3催化类芬顿反应氧化降解水中污染物的性能.     

生物淋滤联合类Fenton反应去除污染土壤中重金属的效果

针对我国南方地区广泛存在的土壤重金属污染问题,以广东韶关铅锌矿周边污染农田土壤为研究对象,探讨利用生物淋滤方法与生物淋滤联合类Fenton反应对土壤Cu、Zn、Cd和Pb的去除效果,并采用序列化学提取(SEC)方法,分析不同处理对土壤中4种重金属形态分布的影响.结果表明,经12 d生物淋滤Cu、Zn、Cd和Pb的去除率分别达到66.5%、55.1%、72.8%和35.6%,其中无机结合态重金属去除效果最好,固相中剩余重金属主要以稳定的残渣态形式存在.2 d生物淋滤联合类Fenton反应在优化的H_2O_2浓度(5 g·L-1)下,对上述4种重金属的去除率分别为55.6%、50.6%、60.7%和30.5%,低于12 d生物淋滤处理,但显著高于H_2SO_4酸化、2 d生物淋滤、化学Fenton反应等对照处理.生物淋滤联合类Fenton反应可以实现原土壤中残渣态、有机结合态和无机结合态等较稳定态重金属的有效去除,使处理后土壤中4种重金属Cu、Zn、Cd和Pb的含量分别低于50、200、0.3和250 mg·kg~(-1)的标准限值.该方法兼具生物淋滤高去除效率和Fenton反应快速处理等优势,对于修复重金属Cu、Zn、Cd和Pb等复合污染的土壤具应用前景.     

Exploitation of Fenton and Fenton-like reagents as alternative conditioners for alum sludge conditioning

The use of Fenton’s reagent (Fe2+/H2O2) and Fenton-like reagents containing transition metals of Cu(II), Zn(II), Co(II), and Mn(II) for an alum sludge conditioning to improve its dewaterability was investigated. The results obtained were compared with those obtained from conditioning the same alum sludge using cationic and anionic polymers. Experimental results show that Fenton’s reagent was the best among the Fenton and Fenton-like reagents for the alum sludge conditioning. A considerable e ectiveness of capillary suction time (CST) reduction e ciency of 47% can be achieved under test conditions of Fe2+/H2O2 = 20/125 mg/g DS (dry solid) and pH 6.0. The observation of floc-like particles after Fenton’s reagent conditioning of alum sludge suggested that the mechanism of Fenton’s reagent conditioning was di erent from that of polymer conditioning. In spite of the lower e ciency in the CST reduction of Fenton’s reagent in alum sludge conditioning compared to that of polymer conditioning, Fenton’s reagent o ers a more environmentally safe option. This study provided an example of proactive treatment engineering, which is aimed at seeking a safe alternative to the use of polymers in sludge conditioning towards achieving a more sustainable sludge management strategy.