基于过硫酸盐的高级氧化工艺修复有机污染土壤的研究进展

基于硫酸根自由基的高级氧化工艺(sulfate radicals based-advanced oxidation processes, SR-AOPs)因其高效、经济且环境友好等特点,在有机污染土壤的修复领域受到越来越多的关注. SR-AOPs的原理是通过活化过硫酸盐(S₂O₈^2-,PS)产生以硫酸根自由基(SO₄·^-)为主的活性氧自由基将有机污染物氧化成CO₂、H₂O和无害或危害较小的化学物质.本文概述了影响SR-AOPs修复污染土壤的因素,重点总结了SR-AOPs在总石油烃(TPHs)、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、农药等污染土壤修复中的应用,分析了污染物特征、过硫酸盐和活化剂用量、土壤与溶液比等对污染物去除效率的影响,并讨论了SR-AOPs处理对土壤生态的影响.结果表明：活化方式、pH、土壤含水量、土壤有机质等因素会影响SR-AOPs对污染土壤的修复效果.热活化、微波活化、超声波活化、碱活化、基于铁基催化剂活化等...     

超声活化过硫酸盐降解水中典型嗅味

为有效解决饮用水嗅味污染问题,选取水中典型致嗅物质二甲基异莰醇（2-MIB）和土臭素（GSM）作为目标污染物,系统研究了超声（US）活化过硫酸盐（PS）高级氧化技术对两种致嗅物质的降解规律及其影响因素.结果表明,在15 min内超声/过硫酸盐联用工艺能有效去除水中典型嗅味,与单独超声处理相比,2-MIB和GSM的去除率分别可提高57.0%和63.6%;2-MIB与GSM浓度在100~800 ng·L^-1范围内US/PS联用工艺均有较高的去除率,且在100 ng·L^-1时降解效果最佳,去除率分别可达88.7%和93.3%;典型致嗅物质的降解速率随PS浓度（0.25~2mmol·L^-1）和US声强（0.33~0.53 W·cm^-2）的增加而加快;水体中腐殖酸存在会竞争消耗自由基使嗅味降解受到抑制但影响效果不显著;在反应体系中分别加入甲醇与叔丁醇（自由基清除剂）后,2-MIB与GSM去除率明显下降,且甲醇对嗅味降解抑制程度强于叔丁醇,表明US/PS高级氧化技术对嗅味快速的降解主要是硫酸根自由基与羟基自由基共同作用的结果.     

3-(吗啉基甲基)-苯并噻唑-2-硫酮的合成与缓蚀性能

目的研究3-(吗啉基甲基)-苯并噻唑-2-硫酮(MLMBT)的缓蚀性能。方法在微波辐照下用2-巯基苯并噻唑、甲醛和吗啡啉合成了MLMBT,采用失重法和动电位极化曲线测试了其缓蚀性能,利用分子动力学模拟方法探讨了其在Fe表面的吸附作用。结果该缓蚀剂能有效抑制N80钢CO2腐蚀,属于混合型缓蚀剂。在90℃和其加量为0.5 g/L时,能使腐蚀速率从0.3691 g/(m2·h)降低到0.1048 g/(m2·h)。其分子中最高占据轨道(HOMO)的电荷主要分布在分子中的N,S原子上,而其最低空轨道(LUMO)的电荷则主要分布在巯基苯并噻唑环上,当其在N80钢表面发生吸附时,分子中的巯基苯并噻唑环和吗啉基处于同一平面而同时平行吸附。结论分子动力学模拟结果从微观角度验证了MLMBT具有良好缓蚀性能,与失重法和电化学测试结果一致。     

活化过硫酸盐氧化地下水中苯酚的动力学研究

以柠檬酸(CA)络合亚铁离子CA-Fe(II)为活化剂,活化过硫酸盐(S2O82-,PS)产生强氧化剂硫酸根自由基(SO4·-),进而催化氧化苯酚.从CA/Fe(II)物质的量比、Fe(II)浓度、过硫酸盐(PS)投加量和苯酚初始浓度4个因素来考察络合亚铁离子活化过硫酸盐氧化去除苯酚的动力学.结果表明,随着PS投加量的增加,苯酚的去除率随之提高;但随着苯酚初始浓度的增加,去除率逐渐降低;CA/Fe(II)物质的量比为1/5时,能够保持水溶液中足量的亚铁离子,有利于苯酚的氧化去除;当PS/CA/Fe(II)/苯酚物质的量比为100/10/50/1时,苯酚的去除率最高,反应15min后去除率达到98%,此时,苯酚的氧化反应速率k也达到最高值0.430min-1.活化过硫酸盐氧化去除苯酚的过程基本符合准一级动力学,在CA/Fe(II)/苯酚物质的量比为10/50/1条件下,苯酚氧化反应速率与过硫酸盐投加量呈线性正相关(R2 = 0.953).     

地下水1,2-二氯乙烷污染静态氧化修复实验

针对地下水1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)污染的修复问题,通过在室内构建受1,2-DCA污染的不同介质条件下的水土固液柱体,应用4种典型的氧化剂进行室内静态氧化修复批实验,分析各氧化剂在不同污染物浓度和不同砂土粒径环境下对砂土固液相中1,2-DCA的修复效果,同时对原位氧化与自然衰减结合的修复方式进行可行性探讨。实验结果表明:所选的4种氧化剂均可有效去除1,2-DCA,但去除率略有不同。污染物浓度越高,反应越强烈;沙土粒径越小,对污染物吸附效果越强。另外,在氧化反应期间,水中菌落总数会急速下降,但随着时间推移和氧化剂的减少,菌落总数回升,菌落数量回升速率与氧化剂剂量有关。氧化剂剂量仍是原位化学氧化与监测自然衰减集成修复方法的关键指标。     

微生物燃料电池电活化过硫酸盐降解甲基橙偶氮染料

为研究MFC（微生物燃料电池）产生电能活化PDS（过硫酸盐）对偶氮染料的降解能力,以MO（甲基橙）为目标污染物,探讨pH、c（PDS）、初始c（MO）、无机阴离子等对MO降解的影响及降解机理.结果表明:①当pH为3~5时,MO降解率随pH降低而升高;当pH低于3时,MO降解率随pH的降低而降低;MO降解率随初始c（MO）的增大而降低.当c（PDS）为1~2 mmol/L时,MO降解率随c（PDS）增加而增大;当c（PDS）超过2 mmol/L后呈减小趋势.②最佳反应条件[pH为3、初始c（MO）为0.10 mmol/L、c（PDS）为2 mmol/L]下,反应4 h后MO降解率可达86.5%.③无机阴离子HCO₃-、NO₃-、CO₃2-对MO降解存在抑制作用,当阴离子投加量为10 mmol/L时,降解率分别为64.2%、68.8%、76.1%,而Cl-对MO降解无显著影响.④淬灭试验表明,体系的主要活性物质为SO₄-·及少量·OH.⑤通过紫外-可见光谱扫描,依据MO结构与特征吸收峰的关系,推测MO降解途径,即MO发色基团偶氮双键断裂,生成含苯环类中间产物,最终矿化为CO₂和H₂O.研究显示,MFC能有效活化PDS产生SO₄-·,对偶氮染料有较好的降解和矿化效果.      

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.     

单原子Co-C-N催化过一硫酸盐降解金橙Ⅱ

采用模板蚀刻法合成单原子Co-C-N催化剂并催化过一硫酸盐(PMS)降解偶氮染料金橙Ⅱ(AO7).考察了催化剂投加量、PMS浓度、pH值和染料废水中常见的Cl-对Co-C-N/PMS体系去除AO7的影响,探讨了体系的反应机理,分析了矿化能力和催化剂重复利用性能.结果表明,在Co-C-N/PMS体系中,反应随着催化剂投加...     

太阳能热活化过硫酸盐降解染料罗丹明B的效能

在基于硫酸根自由基的高级氧化技术中,热活化被证实是最为有效的过硫酸盐(PS)活化方法之一,而利用蕴涵巨大热能的太阳能来活化PS降解污染物具有十分广阔的应用前景.对此,本研究通过构建太阳能集热反应装置,系统地探究了太阳能热活化PS降解典型染料有机物罗丹明B的效能及机制,并深入地探讨了太阳辐照强度、PS浓度、底物浓度、溶液...     

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.      

电辅助Fe~(2+)活化过硫酸盐法降解水中苯胺

采用内循环塔式反应器,对电解、电Fenton及电辅助Fe~(2+)活化过硫酸盐法(E-Fe-PDS)降解水中苯胺进行了对比实验研究。以石墨棒作为阳极,机械加工废料铁刨花作为阴极,阴极底部空气曝气,考察了电压、pH、Na_2S_2O_8浓度、FeSO_4浓度等反应参数对苯胺降解效果的影响。结果表明,E-Fe-PDS法降级苯胺效果最佳,反应30 min,苯胺去除率可达95.7%,苯胺的降解过程遵循准一级动力学规律。且通过中间产物分析发现,E-Fe-PDS法相对于电解和电Fenton法中间产物种类更少,矿化更为迅速,但同时会产生4,4'-二氨基联苯等聚合物质,因此该技术实际推广时应对底物及其中间产物进行详细评估并寻找合适条件以降低二次污染物产生风险。     

氧掺杂石墨相氮化碳活化过一硫酸盐降解水中橙黄Ⅱ的效能和机理研究

为研究氧掺杂石墨相氮化碳活化过一硫酸盐降解水中橙黄Ⅱ的效能和反应机理,通过一步合成法将氧掺杂至石墨相氮化碳(g-C₃N₄),制备了新型无金属的环保氧掺杂g-C₃N₄(O-g-C₃N₄)催化剂,并采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅立叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)、Zeta电位仪和X射线光电子能谱仪(XPS)对O-g-C₃N₄催化剂的形貌、结构和成分进行了表征,研究了O-g-C₃N₄催化剂活化过一硫酸盐(PMS)体系(即O-g-C₃N₄/PMS体系)对水中橙黄Ⅱ(AO7)的降解效果、影响因素和反应机理。结果表明：成功将氧原子引入到g-C₃N₄基体中,O-g-C₃N₄催化剂保持了g-C₃N<...     

钴活化过一硫酸盐氧化过程中卤代副产物的生成

活化过硫酸盐产生的硫酸根自由基(SO~(·-)_4)可以降解大多数有机污染物,被广泛用于地下水、土壤修复等领域.本研究发现在钴活化过一硫酸盐(PMS)高级氧化过程中,溴离子会被SO~(·-)_4氧化生成自由溴,继而和苯酚反应生成溴代苯酚,最终生成三溴甲烷和二溴乙酸等副产物.当反应液中苯酚初始浓度为0.05 mmol·L~(-1)、Br~-浓度0.2 mmol·L~(-1)、Co~(2+)浓度5μmol·L~(-1)、PMS浓度1 mmol·L~(-1)、p H为6.0时,三溴甲烷和二溴乙酸的生成随反应的进行先增加后降低,在8 h达到最大,分别为10.3μmol·L~(-1)和14.6μmol·L~(-1).卤代副产物的生成随p H的升高而降低.当卤离子总量保持不变,随着溶液中Cl~-/Br~-比例的增加,卤代副产物的生成总量逐渐降低,而含氯副产物的产量逐渐增加.本研究为全面评价过硫酸盐高级氧化工艺在污染控制方面的应用可行性提供了依据.     

零价铁活化过硫酸钠降解2-萘磺酸

近几年来,基于SO-4·的新型高级氧化技术逐渐成为水处理领域的研究热点。利用零价铁活化过硫酸钠产生SO-4·对水溶液中2-萘磺酸开展了降解研究。考察了零价铁投加量、过硫酸钠浓度、温度、p H值、腐殖酸、富里酸、硫酸盐及2-萘磺酸初始浓度对2-萘磺酸降解效果的影响。结果表明:温度升高,酸性或中性环境下有利于2-萘磺酸的降解;零价铁投加量为0.1 g/L、过硫酸钠浓度为3.0 mmol/L时,2-萘磺酸的降解率高达96.8%;腐殖酸和富里酸的存在有利于2-萘磺酸降解,硫酸钠的存在会抑制2-萘磺酸降解。研究表明:采用零价铁活化过硫酸盐降解技术去除水溶液中2-萘磺酸具有广阔的应用前景。     

电活化过硫酸盐去除铜绿微囊藻的效果及机理研究

为了开发微藻及藻类有机物的高效去除技术,采用电活化过硫酸盐(EC/PS)体系处理含铜绿微囊藻的水样. 通过藻细胞密度和叶绿素a含量测定以及扫描电镜观察,研究了EC/PS体系的除藻特性及影响因素;采用荧光区域积分法定量分析了除藻过程中胞内有机物(IOM)和胞外有机物(EOM)的变化特征;利用电子顺磁共振波谱仪测定了EC/PS体系中的自由基类别,并分析了EC/PS体系的除藻机理. 结果表明:①在初始藻细胞密度为1.24×107~1.30×107 cells/mL,电压为7 V,初始pH为6,初始PS浓度为4 mmol/L的条件下,当EC/PS体系处理60 min时,藻细胞和叶绿素a的去除率分别达90.80%和98.41%,明显优于单独EC体系和单独PS体系;当EC/PS体系处理10 min时,IOM的总荧光响应值降低了77.39%. 在处理过程中,以腐殖酸类物质为主的胞内有机物会大量释放. ②EC/PS体系中电化学作用对除藻的平均贡献率为54.63%;同时,除藻过程可产生大量的SO₄?·和·OH,且其随处理时间的增加而增加. 研究显示,EC/PS体系能有效去除铜绿微囊藻及藻类有机物,反应体系中的SO₄?·和·OH发挥了重要作用.      

改性有序介孔碳活化过硫酸盐非自由基降解扑热息痛

通过热处理对有序介孔碳（CMK-3）材料进行改性,并将改性后的材料用于活化过二硫酸盐（PDS）降解药物扑热息痛（ACT）.结果表明600℃热处理的CMK-3（CMK-3-600）具有最优的催化性能.该CMK-3-600/PDS氧化体系30 min内可去除100%ACT,其反应速率常数（k）远高于CMK-3/PDS,这可能是由于改性后的CMK-3-600比表面积显著增大,表面缺陷、C-OH官能团以及芳香环中的π-π*shake up增多.CMK-3-600不仅显示出良好的稳定性,其催化氧化过程还不受水中的无机阴离子（Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-）及腐殖酸（HA）等影响.此外,自由基淬灭实验和电子顺磁共振（EPR）测试结果表明,该氧化体系降解ACT的主要活性氧物种（ROS）是单线态氧（1^O₂）.     

FeS-Fe0纳米复合材料活化过硫酸盐降解双酚S的研究

双酚S(BPS)是一种新兴的内分泌干扰物,在环境中广泛存在,并对自然环境和人体健康有严重危害。制备了FeS-Fe⁰纳米复合材料作为催化剂,明确了FeS-Fe⁰纳米复合材料活化PS体系(FeS-Fe⁰/PS体系)的反应条件对去除BPS的影响,包括材料中FeS与Fe⁰摩尔比、材料投加量、PS浓度、溶液初始pH值等,并应用X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析等技术表征该复合材料,通过反应体系对比实验、Fe离子溶出实验、PS的消耗实验、猝灭实验、电子顺磁共振波谱检测,探究了FeS-Fe⁰纳米复合材料的活化机理。实验结果表明:FeS-Fe⁰/PS体系降解BPS的最优条件为溶液初始pH=3、FeS与Fe⁰摩尔比1∶25、材料投加量0.10 g/L、PS浓度1.0 mM;FeS-Fe⁰/PS体系中产生的硫酸根自由基(SO₄^·-)和羟基自由基(HO·)可降解BPS,且HO·占主导作用;FeS-Fe⁰纳米复合材料表面的FeS促进了铁离子的溶出和循环,因此其活化能力优于纳米零价铁。     

Fe(Ⅱ)/K2S2O8对水体中As(Ⅲ)的氧化研究

研究了Fe(Ⅱ)/K2S2O8对水体中As(Ⅲ)的氧化作用,以及pH值、Fe(Ⅱ)初始浓度等因素对氧化As(Ⅲ)的影响,并且采用分子探针法的竞争性实验鉴定了体系中产生的活性中间体,探讨了K2S2O8在Fe(Ⅱ)存在的条件下对As(Ⅲ)的氧化机理。     

草酸改性零价铁活化过硫酸盐降解地下水中2,4-DNT的研究

2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)作为重要的化工原料,由于储存和生产过程中的“跑冒滴漏”,已然成为地下水中常见有毒有害污染物之一,对人体健康和生态环境安全造成极大威胁. 以草酸与商品零价铁为原料,通过球磨法制备草酸化零价铁(OA-ZVIbm),并研究其活化过硫酸盐(PS)降解2,4-DNT的性能. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对活化剂进行表征,并考察活化剂和PS投加量、溶液初始pH及无机阴离子对2,4-DNT降解效果的影响. 结果表明:①通过球磨改性,零价铁表面氧化层被草酸亚铁壳层代替,加速铁核腐蚀生成Fe2+催化PS. ②在pH=7、0.2 g/L OA-ZVIbm和5 mmol/L PS的条件下,4.0 h内对50 mg/L 2,4-DNT降解率达到87.6%,降解过程符合准一级动力学方程. ③2,4-DNT降解率随OA-ZVIbm和PS投加量增加以及溶液初始pH的降低增加,但高浓度PS会抑制2,4-DNT的降解;NO₃?、CO₃2?、Cl?和SO₄2?通过淬灭自由基或者与亚铁离子发生共沉淀,对降解产生不同程度的抑制效果. ④自由基淬灭试验表明,体系中同时产生SO₄? ?、·OH和1O₂,但SO₄? ?在降解过程中起主导作用. ⑤降解中间产物鉴定表明,通过脱硝和氧化反应,2,4-DNT被降解成包括间苯二酚、丙二酸在内的毒性较小分子,可生化性显著提高. 研究显示,OA-ZVIbm能够高效活化PS,实现对地下水2,4-DNT的显著降解,具有一定的应用前景.      

CoFe2O4/MnO2活化过一硫酸盐降解盐酸四环素的研究

针对四环素类抗生素污染物在水中不断累积,对人体健康和生态环境造成严重危害这一问题,本研究制备了CoFe₂O₄/MnO₂新型复合材料,并将其作为高效过一硫酸盐(PMS)活化剂,用于降解水体中的盐酸四环素(TCH)。降解结果表明CoFe₂O₄/MnO₂-PMS体系具有突出的TCH去除效率,反应40 min后,去除率可达92.7%,远高于单一催化剂-PMS体系。影响因素实验结果显示,CoFe₂O₄/MnO₂-PMS降解体系具有广泛的pH适用性,并且在各种阴离子的存在下仍能保持较高的降解活性。此外,CoFe₂O₄/MnO₂-PMS降解体系具有良好的稳定性和可重复利用性,在5次循环后仍保持较高的催化活性和TCH降解率。机理分析表明CoFe₂O₄/MnO₂复合材料在催化PM...