水中羟基氧化铁催化臭氧分解和氧化痕量硝基苯的机理探讨

测定了木质颗粒活性炭(GAC)和负载在GAC上的羟基氧化铁(FeOOH)催化水中臭氧分解的速率常数并探讨了催化臭氧分解的途径.以水中几种氧化物表面羟基密度和表面零电荷pH值(pH_zpc)为表征氧化物表面性质的参数,考察了2个参数对催化臭氧氧化水中硝基苯的影响.GAC和负载在GAC上的FeOOH使水中臭氧一级分解速率常数分别提高了68%和108%,用叔丁醇捕获掉生成的羟基自由基后,前者的分解速率常数降低了9%,后者降低了20%.GAC在催化臭氧分解时主要起到吸附剂和还原剂的作用,FeOOH催化臭氧分解过程中促进了羟基自由基生成.氧化物表面羟基密度和催化臭氧氧化水中硝基苯的效果之间没有直接的关系,由氧化物的pH_zpc决定的表面电荷状态与催化氧化效果有关,表面接近电中性时对催化氧化硝基苯有利.高密度的表面羟基会使表面羟基之间形成较强的氢键,使催化作用减弱.     

FeOOH催化降解苯酚的性能研究

用沉淀法制备FeOOH,以此为催化剂采用非均相Fenton高级氧化技术降解苯酚。对催化剂的投加量、H2O2的投加量、初始pH对苯酚去除的影响进行了实验研究。结果表明,pH=3.0、双氧水的投加量为19.6mmol·L-1,催化剂的投加量为2.0 g·L-1,室温下反应10 min,苯酚的去除率可达90%以上。非均相Fenton氧化法降解苯酚能有效拓宽反应溶液pH值范围,对废水的苯酚的去除具有广阔的应用前景。     

羟基氧化铁催化臭氧氧化对滤后水卤乙酸生成势的影响

考察了滤后水经过单独臭氧氧化和羟基氧化铁(FeOOH)催化臭氧氧化后5种卤乙酸生成势(HAA5FP)的生成情况.研究了氧化时间、溴离子浓度、滤后水pH值、碱度和O3投量对2种氧化方式下HAA5FP的影响规律.发现该滤后水氯化后的HAA种类为二氯乙酸(DCAA)、三氯乙酸(TCAA)及溴离子存在时有二溴乙酸(DBAA).无溴离子存在时,催化臭氧氧化在5～20min内使得HAA5FP比臭氧氧化后的降低9.5%～18.3%.溴离子浓度增加使HAA5FP减少,催化臭氧氧化后HAA5FP也比臭氧氧化后低更多.中性pH时,催化臭氧氧化比臭氧氧化有更明显的控制HAA5FP的优势.重碳酸盐碱度升高使HAA5FP降低,且2种氧化后HAA5FP的差别减小.O₃/TOC比值为0.45～1.43的臭氧投量范围内,催化臭氧氧化后HAA5FP比臭氧氧化后减少11.2%～28.0%.催化臭氧氧化对滤后水HAA5FP的影响与FeOOH催化臭氧生成羟基自由基的特点密切相关.     

Evaluation of natural goethite on the removal of arsenate and selenite from water

Elevated arsenic and selenium concentrations in water cause health problems to both humans and wildlife. Natural and anthropogenic activities have caused contamination of these elements in waters worldwide, making the development of efficient cost-effective methods in their removal essential. In this work, removal of arsenate and selenite from water by adsorption onto a natural goethite(α-FeO OH) sample was studied at varying conditions. The data was then compared with other arsenate, selenite/goethite adsorption systems as much of literature shows discrepancies due to varying adsorption conditions. Characterization of the goethite was completed using inductively coupled plasma mass spectrometry, X-ray diffraction, Fouriertransform infrared spectroscopy, scanning electron microscopy, and Brunauer–Emmett–Teller surface area analysis. Pseudo-first order(PFO) and pseudo-second order(PSO) kinetic models were applied; including comparisons of different regression methods. Various adsorption isotherm models were applied to determine the best fitting model and to compare adsorption capacitates with other works. Desorption/leaching of arsenate and selenite was studied though the addition of phosphate and hydroxyl ions. Langmuir isotherm modeling resulted in maximum adsorption capacities of 6.204 and 7.740 mg/g for arsenate and selenite adsorption,respectively. The PSO model applied with a non-linear regression resulted in the best kinetic fits for both adsorption and desorption of arsenate and selenite. Adsorption decreased with increasing pH. Phosphate induced desorption resulted in the highest percentage of arsenate and selenite desorbed, while hydroxide induced resulted in the fastest desorption kinetics.     

有机酸在金属氧化物上的吸附对催化臭氧氧化的影响

以苯甲酸(BA)、邻苯二甲酸(PA)、商品腐殖酸(CHA)和反渗透法提取的松花江水腐殖酸(SHA)为目标物,研究了臭氧氧化及羟基氧化铁(FeOOH)和二氧化铈(CeO₂)为催化剂时的吸附与催化臭氧氧化去除这些有机物的效果.结果表明,BA在FeOOH表面没有吸附,FeOOH对BA催化氧化的去除率比臭氧单独氧化高45%;PA在FeOOH上的吸附使其溶液中的浓度减少了5%,此时FeOOH对PA的氧化没有催化作用.CeO₂有助于催化臭氧氧化在其表面吸附较强的PA,且对氧化产生的草酸根有催化去除作用,但对不吸附在其表面的BA没有催化臭氧氧化作用.CeO₂对腐殖酸的吸附比FeOOH强,其催化臭氧氧化去除腐殖酸的作用比FeOOH更显著;当无机阴离子和腐殖酸竞争金属氧化物表面的吸附位时,催化作用受到抑制.     

基于反硝化脱氮的硫铁复合填料除磷机制

为提高硫铁复合填料反硝化脱氮同步除磷效果,对比研究了不同填料和耦合微生物后的除磷效果,分析了微生物耦合硫铁复合填料反硝化脱氮同步实现除磷的机制.结果表明与单纯海绵铁填料比较,硫磺与海绵铁复合填料除磷效率提高30%,达到95%以上,出水磷含量可降至0.1 mg·L~(-1)以下.X射线衍射(XRD)和总铁浓度分析表明,硫铁复合填料除磷系统反应产物主要为FeOOH、FeS和Fe_4(PO_4)_3(OH)_3固体物质和溶解性铁离子,产生于海绵铁的腐蚀和除磷过程;腐蚀产生的Fe~(2+)及Fe~(3+)的水解产物FeOOH和Fe S通过吸附沉淀作用将PO_4~(3-)转化为Fe_4(PO_4)_3(OH)_3去除.微生物耦合硫铁炭复合填料反应器运行稳定后,TN、TP去除率分别在90%左右和83%以上;硫自养反硝化产生的H~+和生物铁作用也可以促进海绵铁腐蚀和除磷过程,体系将"异养协同自养"复合反硝化与化学除磷有机结合,实现了城市污水处理厂尾水高效反硝化脱氮同步除磷的目的.     

FeOOH催化臭氧氧化滤后水中NOM的小分子副产物的生成

以滤后水中富集、分离出的6种不同特性的天然有机物(NOM)组分为对象,考察了羟基氧化铁（FeOOH）催化臭氧氧化NOM各组分后小分子醛、酮及酮酸副产物的生成情况.发现FeOOH催化氧化比臭氧氧化提高了对NOM 各组分DOC和SUVA的去除率.FeOOH催化氧化并不能有效地降低NOM各组分小分子副产物的产量.催化氧化和臭氧氧化后,憎水中性物质(HON)的醛、酮、酮酸的总产量都最高,NOM碱性组分的小分子副产物产量都相对最低.NOM各组分催化氧化后甲醛和丙酮酸的产量最大,这和单独臭氧氧化的结论一致.特别是HON的甲醛产率占其醛、酮总产量的71.6%,单位DOC丙酮酸的产量达78.6 μg/mg.用NOM组分的小分子副产物折算DOC占各组分氧化后DOC的质量分数来间接显示氧化后剩余DOC的可生物降解性,发现催化氧化比单独臭氧氧化进一步提高了滤后水中NOM各组分的可生化性.     

复合顺序对三维花状TiO_2-FeOOH复合材料吸附及光催化性能的影响

以TiCl_4为钛源、Fe(NO_3)3·9H_2O为铁源,采用分子自组装法在活性炭表面制备了不同复合顺序的TiO_2-FeOOH复合材料,研究了其对甲基橙的吸附和光催化性能。实验结果表明,TiO_2-FeOOH复合材料由锐钛矿TiO_2和α-针铁矿复合层组成,并呈直径为200~300 nm的三维花状多级结构,这种独特的多级结构有利于实现吸附与光催化的协同作用。UV-Vis吸收光谱显示TiO_2与FeOOH的复合减小了TiO_2的禁带宽度,但TiO_2/FeOOH/AC、TiO_2/FeOOH/AC和TiO_2/AC对质量浓度为10 mg/L的甲基橙溶液处理6 h后,溶液脱色率分别为78.8%,33.9%,57.5%,表明复合顺序对TiO_2-FeOOH复合材料的界面电子传递过程及光催化性能有重大影响。     

羟基氧化铁催化臭氧氧化对滤后水THMs生成势的控制作用

实验比较了滤后水经过单独臭氧氧化和羟基氧化铁催化臭氧氧化后的三卤甲烷生成势(THMFP).考察了不同的溴离子含量、pH值、碱度、O₃/TOC比例、氧化反应时间、催化剂投量时,2种氧化条件下滤后水THMFP的变化规律.发现羟基氧化铁催化氧化后,滤后水的THMFP比单独臭氧氧化后的降低了30.5%.溴离子浓度较高时THMs以溴代产物为主,羟基氧化铁催化氧化后溴代的THMFP是单独臭氧氧化后的45%～65.5%.在滤后水pH值为6.33～9.43、O3/TOC比值为0.65～2.05、氧化时间为2～20min的条件下,羟基氧化铁催化氧化都表现出明显降低THMFP的优势.碱度升高使2种氧化后的THMFP都降低,且使其差值减小.催化剂存在降低THMFP的最佳投量.催化氧化降低滤后水THMFP的原因是比单独臭氧氧化提高了对TOC的去除率,催化产生的羟基自由基进一步氧化降低了水中有机物卤代活性位的数量.