活化过一硫酸盐技术降解环境有机污染物的研究进展

高级氧化技术是一种以产生羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO₄?·)来降解环境有机污染物的技术. 近年来,通过活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate, PMS)而产生SO₄?·的高级氧化技术受到了广泛关注. 与基于·OH的传统高级氧化技术相比,基于SO₄?·的高级氧化技术具有氧化还原电位高、半衰期长、适用pH范围广和对污染物反应快速等优点. 本文从活化PMS方法的特点和性质出发,对目前活化PMS技术降解环境有机污染物的主要方法和活化机理进行了论述,活化方法包括过渡金属活化(均相和非均相)、碳质材料活化、碱性活化、热活化、辐射活化、电解活化等,活化PMS的机制是通过活化方法使其分子结构中的O—O键发生断裂,从而使PMS分解形成SO₄?·或其他的活性物质. 此外,分析了活化PMS降解环境有机污染物的主要影响因素,其中影响均相系统PMS活化的因素包括过渡金属剂量、pH和水中阴离子等,过量的PMS和过渡金属可能成为SO₄?·的抑制剂,pH不仅对氧化剂分解产生自由基起着关键作用,还影响过渡金属种类的形成及其与氧化剂反应的有效性,而水中阴离子会与有机化合物竞争和SO₄?·发生反应. 最后,提出未来研究重点应在开发稳定高效活化PMS的金属氧化物、碳质材料,以及使用多种处理技术协同作用上,同时应加强对活化PMS技术降解有机污染物体系的降解产物和毒性分析的研究.      

不同活化过硫酸盐体系的机理分析及不同无机阴离子的作用:以两种有机染料为例

高级氧化技术（AOPs）广泛应用于不同的废水处理,并目前此类技术多以羟基自由基（OH·）的产生为主.近年来,基于硫酸根自由基（SO ₄^-·）的AOPs因其对有机污染物的高反应活性和对复杂环境基质的高选择性而备受关注.但是,在对各种活化方式的系统比较方面还存在一些不足,对降解途径和不同阴离子对体系的影响也缺乏研究.本文通过两种染料的降解对3种活化过硫酸盐体系进行了系统性的比较,并结合自由基捕获实验（甲醇,叔丁醇）和产物分析,研究了体系降解机制及路径.研究了4种阴离子（HCO₃^-、N O₃^-、Cl-、Br-）对3种不同活化过硫酸盐体系降解染料的影响.结果表明,SO ₄^-·与OH·在3种活化体系中对染料降解均有贡献.在热活化体系（heat-Na₂S₂O₈）中,对染料降解起到主导作用的活性物种为S O₄^-·;在光...     

Ag3PO4掺杂g-C3N4催化剂的制备及其可见光催化降解含碘类造影剂性能

以沉淀-回流方法于磷酸银(Ag₃PO₄)中掺杂氮化碳(g-C₃N₄)制备新型复合光催化剂,同时采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射图(XRD)等手段对合成催化剂的形态特征、晶型结构以及物理化学性质进行表征.以碘帕醇(IPM)作为目标污染物,通过改变催化剂的使用条件考察了氙灯光照下催化剂对水溶液中含碘类造影剂(ICMs)的光催化降解性能,并且分析了催化氧化过程中可能的污染物降解途径以及转化产物.结果表明,合成后的催化剂结构稳定,相对于使用单一催化剂(Ag₃PO₄或g-C₃N₄)条件下,复合催化剂对ICMs的光降解性能都得到大幅度提升,经条件优化后,确定Ag₃PO₄与g-C₃N₄的质量比例为0.15∶0.1时降解效果最佳,但不可超过0.2∶0.1,且降解性能与催化剂的投加浓度呈正相关,浓度在0.75 ...     

双金属硫化物CoMoS4活化过一硫酸盐降解双酚F

通过离子交换法合成了双金属硫化物CoMoS₄(CMS),通过活化过一硫酸盐(PMS)降解目标污染物双酚F(BPF)来考察其催化性能,并剖析了其中的反应机理.研究结果表明,CMS具有优异的催化性能,25℃时,50 mg·L^-1的CMS和0.5 mmol·L^-1的PMS体系在30 min内可以完全降解10 mg·L^-1的BPF;CMS抗干扰能力强,在降解过程中受水体中无机阴离子(Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-)和腐殖酸(HA)的影响小;CMS同时具有较好的稳定性,循环使用3次后BPF降解率仍可达60.2%.自由基淬灭实验和电子顺磁共振(EPR)实验证明,硫酸根自由基SO₄^·-是CMS/PMS体系降解BPF的主要活性氧物种(ROS);并通过液相色谱-质谱仪鉴定BPF降解过程的中间产物,提出了两条主要的降解路径.     

温和预氧化提高后续生物修复石油污染土壤

为得到一种能促进后期生物阶段高效降解石油烃(TPH)的温和Fenton预氧化方式,本文考察了不同Fenton预氧化过程中羟基自由基(·OH)特征、后续生物修复过程中营养消耗、土著菌活性(CO_2)以及TPH去除量的差异,结果表明,温和Fenton预氧化组(·OH存在时间:73 h;双氧水浓度:225 mmol·L~(-1))中·OH存在时间短H_2O_2用量少,残余细菌活性高,后续对石油的生物降解率高,不加菌就能够达到与加菌相同的修复效果(TPH去除率38%左右).且在不加菌的条件下,后期生物阶段TPH去除率,温和预氧化组(38%)要高于普通预氧化组(15. 32%～33. 15%).进一步分析各链烃的去除效果,发现在后续生物修复阶段,温和预氧化组能减少对链烃组分(C17～C21)的抑制;而对比各组的土著菌活性,发现温和预氧化可以适当刺激土著微生物生长并提高其活性,这些因素均有利于TPH的去除.温和预氧化在后期生物修复阶段对TPH的去除不加菌就能够达到与加菌相同的处理效果,是一种低成本可行的修复方式.     

溴代烷烃光氧化的研究

本文模拟大气条件,研究了ＣＨ３Ｂｒ＋Ｈ２Ｏ２＋Ｏ２,ＣＨ３Ｂｒ＋Ｏ２,ＣＨＢｒ３＋Ｈ２Ｏ２＋Ｏ２,和ＣＨＢｒ３＋Ｏ２４个体系的光化学反应。这些体系在２５３．７ｎｍ的紫外光照射下Ｈ２Ｏ２产生了ＯＨ自由基,ＯＨ自由基与ＣＨ３Ｂｒ和ＣＨＢｒ３反应,在２０ｍ的长光程气体池中ＦＴＩＲ测量这些反应产物,发现在ＣＨ３Ｂｒ＋Ｈ２Ｏ２＋Ｏ２和ＣＨ３Ｂｒ＋Ｏ２体系其光化Ｏ２其光化学反应产物为ＣＯ和ＣＯ２,并从这些产物     

多核yolk?shell型Co3O4@mSiO2纳米反应器降解双酚A

采用阳离子表面活性剂协助的自模板法合成了中空介孔SiO₂微球（HMSS）,然后向含HMSS的悬浮液中加入醋酸钴溶液和氨水,让两种溶液经HMSS表面介孔进入空腔中反应生成Co₃O₄内核,合成了多核yolk-shell型Co₃O₄@mSiO₂（介孔SiO₂）纳米反应器.结合XRD、XPS、SEM、STEM、BET等手段,分析了纳米反应器的形貌、结构、元素形态和比表面积.结果显示纳米反应器均匀分散,粒径约为300nm,表面布满介孔,内部分布大量Co₃O₄纳米粒子,拥有极大的比表面积161m²/g,远大于Co₃O₄纳米粒子的比表面积35m²/g,能有效吸附双酚A（BPA）,1h吸附容量达12.7mg/g.多核yolk-shell型Co₃O₄@mSiO₂纳米反应器能高效催化过一硫酸氢盐（PMS）降解BPA,2h降解率达81.8%,远高于Co₃O₄纳米粒子的降解率51.3%,同时能节省PMS的投加量,避免水中盐度过高.此外,合成的纳米反应器具有很好的再利用性,在pH值3~9范围内表现出稳定而高效的催化性能.     

丰枯水期鄱阳湖表层水中羟基自由基浓度及其抗生素净化作用研究

鄱阳湖位于我国农业大省江西省,表层湖水中羟基自由基(HO·)引发的水体光化学反应,可能对流域内的农业污染物—抗生素具有潜在的净化作用.因此,本研究以氙灯模拟太阳光测得鄱阳湖及周边河流羟基自由基表观光量子产率(ΦHO·),在丰水期为(0.57~10.33)×10~(-5),枯水期为(0.45~3.52)×10~(-5).丰水期溶解态有机物(DOM)对HO·形成的贡献率为85.8%~98.7%,枯水期为58.5%~97.6%,表明DOM是HO·形成的主导物质.可能由于水体混合均匀,丰水期除抚河水体可能有其特殊的化学组成外,其它湖泊与河流的水化学组成接近,表现出随溶解态有机碳含量升高,ΦHO·呈先增大后减小的现象.枯水期水体各化学组成含量显著高于丰水期,光屏蔽与淬灭可能起主要作用,只有当NO_2~-含量较高时才显示出对HO·形成的贡献.依据太阳光强可得鄱阳湖丰水期及枯水期表层水HO·的稳态浓度分别为9.51×10~(-16)与4.92×10~(-17)mol·L~(-1),湖水中5种抗生素在HO·作用下的半衰期分别为2.3~13.9 d与44.5~268.7 d,丰水期鄱阳湖表现出更高的光化学净化能力.     

新型Fe3O4@α-MnO2活化过一硫酸盐降解水中偶氮染料

采用两步水热法制备了新型磁性纳米Fe₃O₄@α-MnO₂复合材料作为催化剂,用于活化过一硫酸盐（PMS）产生强氧化性的硫酸根自由基（SO₄^-·）氧化降解偶氮染料活性黑5（RBK5）.采用透射电子显微镜（TEM）,X射线粉末衍射仪（XRD）和振动样品磁强计（VSM）对制备的催化剂进行表征,证明成功合成了纳米α-MnO₂包覆Fe₃O₄形态的Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂,催化剂的饱和磁化强度为39.89emu/g.Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS与单一的Fe₃O₄和α-MnO₂活化PMS相比,具有更高的催化效率,说明铁锰双金属存在协同作用.同时研究了催化剂的投加量、PMS的浓度和初始pH值等各种因素对RBK5的降解效率以及反应动力学的影响.实验结果表明,Fe₃O₄@α-MnO₂催化剂活化PMS降解RBK5的过程符合准一级反应动力学,在催化剂投加量为1.2g/L,PMS的浓度为4mmol/L,初始pH值为7.0,反应时间为60min的情况下,浓度为30mg/L的RBK5的降解效率可达到91%,此时RBK5的降解速率常数也达到最高值0.023min^-1.此外,通过加入自由基淬灭剂甲醇、叔丁醇和硝基苯判断了Fe₃O₄@α-MnO₂/PMS体系中起主要氧化降解作用的活性物种为SO₄^-·.     

Fe2+和零价铁活化过一硫酸盐降解酸性橙7

采用环境友好的Fe~(2+)和零价铁(ZVI)作活化剂,活化过一硫酸盐(PMS)来降解水中酸性橙7(AO7).结果表明,在Fe~(2+)-PMS体系中,AO7的降解效果不佳,但通过添加适量的络合剂,AO7的去除率会大幅提高.ZVI在PMS存在下被腐蚀,并能够缓慢、持续不断地释放Fe~(2+).ZVI-PMS体系可以在比较宽泛的pH范围(3～9)有效、快速地降解AO7,并且在酸性条件下降解速率较快.淬灭实验结果显示,硫酸根自由基(SO_4~(·-))对AO7的降解起主要作用.除了Cl~-和高浓度(50 mmol·L~(-1))的NO_3~-能够促进AO7的降解外,其他水中共存的阴离子对AO7在ZVI-PMS体系中的降解具有抑制作用,而腐殖酸(HA)则无明显影响.AO7在超纯水中的去除率高于其他实际水体,但反应90 min后,污水厂出水过滤水和胶体浓缩液中的AO7去除率也可高达98.6%和87.6%,说明ZVI-PMS可能可以有效地去除含有较高DOC含量的污水中的AO7.利用GC-MS检测到辐照后溶液中有3种中间产物,推测主要是通过AO7偶氮键断键后的中间产物进一步氧化形成.此外,TOC在一定程度上降低,说明部分AO7被矿化.