Fe~(2+)/单过氧硫酸氢盐(PMS)体系降解水体中酮洛芬的机制研究

以酮洛芬(KTP)为目标污染物,研究了其在Fe~(2+)/单过氧硫酸氢盐(PMS)体系中的降解行为.溶液的pH值不仅会影响KTP的存在形态,而且也会影响Fe~(2+)/PMS体系中Fe~(2+)的形态,进而影响KTP的降解,结果表明,酸性条件有利于KTP的降解,当pH=3时降解效果达到最佳,降解率为66.87%.分别以乙醇和叔丁醇做为自由基猝灭剂,检测到体系中存在硫酸根自由基与羟基自由基,且酸性时以硫酸根自由基为主导,而中性和碱性时以羟基自由基为主导,说明随pH值的升高体系中发生了SO_4~(-·)向HO·转化.当HCO_3~-浓度从0增大至0.01 mmol·L~(-1)时,其对KTP的降解起到促进作用,继续增大至10 mmol·L~(-1)时,对KTP的降解起抑制作用.HA在0至10 mg·L-1浓度范围内对KTP的降解起到促进作用,继续增大至50 mg·L~(-1)时则表现出抑制作用.自然水体中低浓度的腐殖酸、碳酸氢盐对KTP的降解起到促进作用,而高浓度则表现为抑制作用;采用UPLC/MS/MS对KTP降解产物进行鉴定,推测KTP在Fe~(2+)/PMS体系下的降解途径主要涉及脱羧反应、酮基化反应和羟基化反应;用发光菌急性毒性实验评价了KTP降解过程中的毒性变化,发现KTP氧化过程中体系的毒性低于氧化前KTP的毒性,表明Fe~(2+)/PMS体系是一种有效降低KTP毒性的方法.     

双金属Fe~0-Cu~0的合成及其催化过硫酸钠(PS)降解邻苯二甲酸二丁酯的研究

以铜金属有机骨架材料Cu_3(BTC)_2·12H_2O (Cu-BTC)为前驱体,通过浸渍还原方法成功制备出粒径为20-30 nm的Fe~0-Cu~0双金属催化剂.为评估该双金属催化剂对过硫酸钠(PS)的催化活性,对邻苯二甲酸二丁酯(DBP)进行氧化降解研究.考察了Fe~0/Cu~0的摩尔比、PS浓度、催化剂用量及初始pH对DBP降解的影响.结果表明在Fe~0/Cu~01.0时,DBP的降解去除率随着双金属催化剂Fe~0/Cu~0摩尔比的增加而增大.DBP的降解率随着PS和Fe~0-Cu~0双金属催化剂浓度的增加而增大,并在PS和Fe~0-Cu~0浓度分别为1.62 mmol·L~(-1)和0.3 g·L~(-1)时达到最佳去除效果.除pH值为7.0外,DBP的降解率随着初始pH值的增加而下降.     

金属离子对赤红球菌(Rhodococcus ruber L9)降解芘的影响及其作用机制

实验室从石油污染土壤中筛选得到一株高效芘降解菌,命名为赤红球菌(Rhodococcus ruber L9),分析了不同浓度Fe~(3+)、Ca~(2+)、Cu~(2+)、Mn~(2+)对该菌降解芘效果的影响.结果发现,0.45 mmol·L~(-1) Fe~(3+)对芘的降解率有明显促进作用,6d时芘降解率最高,可达77%,相较于不加金属离子时提升了约30%.进一步研究发现,当Fe~(3+)存在时,芘降解过程中蛋白总量变化、邻苯二酚1,2-双加氧酶(C120)和邻苯二酚2,3-双加氧酶(C230)酶活性的变化与Fe~(3+)和Fe~(2+)在胞内、胞外浓度的变化密切相关,主要原因是Fe~(3+)的存在,能诱导赤红球菌合成更多与芘降解有关的蛋白,且可以作为酶的活性中心提高酶的活性,从而大幅提高芘的降解效率.     

常见离子对漆酶降解活性艳蓝的调控作用

漆酶具有很高的工业价值,但水体中离子的存在为其推广使用带来了巨大挑战.探讨水体中常见的7种阳离子和8种阴离子调控自由漆酶和漆酶–介体系统对水中活性艳蓝降解速率的差异.结果显示:Mn~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)、HPO_4~(2-)和NO_2~-在0-10 mmol/L范围内可促进漆酶对活性艳蓝的降解,降解速率由高到低依次为NO_2~-、Mn~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)、HPO_4~(2-);SO_3~(2-)、Cl~-、Fe~(2+)和Fe~(3+)对活性艳蓝的降解有抑制作用,其中Fe~(2+)和SO_3~(2-)的最低抑制浓度分别为5和0.5 mmol/L;其他离子对漆酶降解活性艳蓝没有显著性影响.在5种介体的协同作用中,紫脲酸(VA)的效果最佳,导致漆酶对活性艳蓝的降解速率提升10%左右,其余介体的促进效率明显低于VA.在同等离子的调控下,漆酶–介体系统中的降解速率优于自由漆酶.本研究初步揭示了漆酶对活性艳蓝的降解机理,同时可以通过控制水体中离子的种类和数量来更好地实现漆酶对活性艳蓝的降解,结果可为漆酶在实际染料废水处理中的应用提供理论依据.(图4表4参40)     

紫外光强化铁离子循环活化PS氧化苯胺

研究了草酸铁离子(Fe(C_2O_4)_3~(3-))在UV光照条件下的铁离子循环转化过程及其强化过硫酸钠(PS)活化氧化苯胺的机理,考察了Fe(C_2O_4)_3~(3-)浓度和初始p H对PS活化及苯胺氧化效果的影响.研究表明,在UV光照条件下,0.75 mmol·L~(-1)的Fe(C_2O_4)_3~(3-)溶液在初始p H值为3时,Fe~(2+)的转化率最高可达到96%,远高于柠檬酸铁铵和氯化铁体系,但反应过程中草酸根离子(C_2O_4~(2-))会发生分解并引起p H升高,导致Fe~(2+)转化率急剧下降;Fe~(2+)循环转化过程对UV/Fe(C_2O_4)_3~(3-)体系强化PS活化的作用远大于UV光照直接活化PS过程,对PS活化分解率的贡献达到79%;初始Fe(C_2O_4)_3~(3-)浓度决定了Fe~(2+)循环转化的最大浓度并显著影响PS的活化效果,当Fe(C_2O_4)_3~(3-)初始浓度从0.25 mmol·L~(-1)逐渐提高到0.50、0.75、1.00 mmol·L~(-1)时,PS活化分解速率不断增大,但当浓度高于0.75 mmol·L~(-1)时,C_2O_4~(2-)对硫酸根自由基(SO_4~(·-))的竞争作用显著增强,导致苯胺的氧化效果出现降低;中碱性条件不利于UV/Fe(C_2O_4)_3~(3-)体系发生光化学反应生成Fe~(2+),但在其活化PS过程中,由于PS分解引起p H下降,在初始p H为7和9时PS仍可被有效活化,PS分解率可分别达到86%和68%.     

AQS/PPy修饰石墨板阴极应用于罗丹明B的降解

采用恒电位法制备了蒽醌二磺酸钠(AQS)掺杂的聚吡咯(PPy)修饰石墨板阴极.石墨板阴极经修饰后,电化学活性得到显著提高,其电子转移内阻及电子转移量分别为未修饰的约50%和5.7倍.实验进一步考察了阴极电位、初始pH值以及Fe~(2+)含量对罗丹明B降解实验的影响,结果表明,在阴极电位为-0.1 V,pH值为3.0,Fe~(2+)浓度为0.2 mmol·L~(-1)的条件下,60 min内对罗丹明B的降解率最高可达85.76%,且长时间运行后,降解效果重复性较好.结合不同条件下的过氧化氢产量和自由基变化淬灭实验,推断了降解过程的机理,即AQS/PPy修饰的石墨板电极,有利于分子氧在电极表面被催化还原为H_2O_2,和体系中Fe~(2+)产生羟基自由基,故罗丹明B降解是以羟基自由基为主导的电芬顿反应过程.     

Mn~(2+)协同Fe~(3+)-EDTA在中性pH条件下催化类Fenton降解水中卡马西平

研究了Mn~(2+)协同Fe~(3+)-EDTA络合体催化类Fenton反应,在中性p H条件下对水中新兴污染物卡马西平的降解情况.考察了Mn~(2+)∶Fe~(3+)、EDTA∶Fe~(3+)和H_2O_2∶Fe~(3+)的物质的量比率、Fe~(3+)浓度和初始p H等关键因素对卡马西平降解效果的影响.结果表明,共存Mn~(2+)能够显著增强Fe~(3+)-EDTA络合体催化类Fenton反应体系的氧化能力.在0.1 mmol·L~(-1)Fe~(3+)、EDTA∶Fe~(3+)为2∶1、Mn~(2+)∶Fe~(3+)为1∶1、H_2O_2∶Fe~(3+)为150∶1和p H 7.0的条件下,经过20 min反应时间,卡马西平的降解率能够达到100%,表观降解速率常数达到0.6374 min~(-1).其增效机理是通过Mn~(2+)-EDTA与H_2O_2反应促进O_2~(·-)的产生,进而加速还原Fe~(3+)-EDTA至Fe~(2+)-EDTA,间接提高HO~·的产生速率.研究结果能够为水中卡马西平的有效去除提供参考.     

热活化过硫酸盐降解水体中毒死蜱

本文研究了热活化过硫酸盐降解水体中有机磷农药毒死蜱.考察了温度、过硫酸盐浓度、初始pH值、常见阴离子(CO_3~(2-)、HCO_3~-、Cl-和SO_4~(2-))对毒死蜱降解影响.结果表明,毒死蜱的降解符合准一级动力学,反应速率随过硫酸盐浓度的增加而增大,温度对毒死蜱降解速率的影响符合阿伦尼乌斯模型,pH值的改变对毒死蜱的降解没有显著影响.天然水体4种常见阴离子中,SO_4~(2-)对降解速率无显著影响,Cl~-对毒死蜱降解有促进作用,CO_3~(2-)和HCO_3~-抑制毒死蜱降解,且抑制程度为CO_3~(2-)HCO_3~-.通过自由基淬灭实验验证了体系中·OH和SO_4~-·自由基的存在,且毒死蜱降解过程中·OH起主要作用.     

甲氧苄啶在有机酸络合Fe~(2+)活化过硫酸钠体系中的降解机制

在有机酸(OAS)/Fe~(2+)/过硫酸钠(PDS)体系中生成的具有强氧化能力的硫酸根自由基(SO_4~(·-)),可以降解水中难降解污染物甲氧苄啶(TMP).分别探讨了柠檬酸(CA)浓度、Fe~(2+)浓度、PDS浓度、p H值对甲氧苄啶降解的影响,以及不同浓度的4种有机酸在不同p H值下对TMP降解的影响.结果表明,当TMP浓度20μmol·L~(-1),p H=7,温度25℃,反应时间30 min,摩尔比CA∶Fe~(2+)∶PDS∶TMP=5∶15∶40∶1时,TMP的降解率高达82.55%;柠檬酸和EDTA有促进TMP降解作用,焦磷酸钠和草酸起抑制TMP降解作用.猝灭实验证实了TMP的降解是SO_4~(·-)和·OH共同作用的结果,SO_4~(-·)起主导作用;液相色谱质谱检出5种中间产物,推测TMP的降解路径涉及羟基化反应、脱甲氧基化反应和裂解反应.     

UV-254 nm活化过硫酸盐降解麻黄碱的影响因素和机理

采用UV-254 nm活化过硫酸盐高级氧化技术去除水中污染物麻黄碱(EPH),并研究了其降解动力学过程和降解机理.考察了过硫酸盐(PS)投加量、EPH的初始浓度、不同pH值及不同离子(HCO~-_3、NO~-_3、Cl~-)对降解效果的影响.结果表明,UV-254 nm活化过硫酸盐工艺能有效去除实验条件下的EPH,其氧化降解反应符合二级动力学方程.EPH去除率随着PS投加量的增加而增大.pH对降解反应有较大的影响,在pH=7的条件下,反应速率最快,表观反应动力学常数(k_(obs))为0.467 min~(-1).进一步研究表明,HCO~-_3、NO~-_3和Cl~-对EPH的降解都存在抑制作用,在相同浓度下,其抑制程度依次为Cl~- NO~-_3 HCO~-_3.通过UPLC-MS/MS鉴定了麻黄碱降解的中间体,并提出了可能的降解机理和转化途径.