柠檬酸强化纳米零价铁活化过硫酸钠体系降解水溶液中的三氯乙烯

采用螯合剂柠檬酸(CA)强化纳米零价铁(nZVI),活化过硫酸钠(PS)体系,降解水溶液中的三氯乙烯(TCE),分别考察了PS、CA、nZVI投加量、溶液初始pH和无机阴离子对TCE降解效果的影响,确定了在TCE降解过程中起主导作用的活性氧自由基,并验证了PS/nZVI/CA体系降解实际地下水中TCE的效果。结果表明:投加适量的CA可以明显提高PS/nZVI体系对TCE的降解效果,但当CA浓度过高时,TCE降解反而受到抑制,过量或不足的PS、nZVI均会降低TCE的降解率;当溶液初始pH为3～9时,PS/nZVI/CA体系可有效降解TCE;溶液中存在的Cl–和HCO_3~-会抑制TCE的降解,其中HCO_3~-的抑制作用大于Cl–;自由基清除实验和电子顺磁共振实验表明PS/nZVI/CA体系中产生了HO·、SO_4~-·和O _2~-·活性氧自由基,其中HO·、SO_4~-·对TCE降解起主导作用;CA的加入有利于实际地下水中TCE的降解,PS/nZVI/CA体系相比PS/nZVI体系,更适应实际地下水中各种水质条件的冲击,具有实际应用前景。     

零价铁活化过硫酸钠体系降解污染土壤中的多环芳烃

采用Fe0活化Na2S2O8体系降解污染土壤中的PAHs,其代表化学物为NAP、PHE、FLA和BAP。分别研究了Na2S2O8的添加量、Na2S2O8与Fe0的物质的量比、水土比和温度对降解效果的影响,同时探讨了PAHs的降解动力学;并利用电子顺磁共振法(EPR)验证了Fe0活化Na2S2O8的自由基产生情况。结果表明,当1 mol·L-1的Na2S2O8添加量为10 mL、Na2S2O8与Fe0物质量之比为200∶1、水土比为2∶1、温度为60 ℃时反应36 h后,NAP、PHE、FLA、BAP的降解率分别为98.15%、78.41%、93.47%和97.64%。PAHs的降解符合一级反应动力学,且BAP的反应速率常数最大为0.030 5 h-1。EPR谱图表明,Fe0活化Na2S2O8降解PAHs污染的土壤是SO4-·和·OH共存的反应体系。该研究可为Fe0活化Na2S2O8体系降解PAHs污染土壤的机理提供一定的依据。     

预磁化零价铁活化过硫酸盐体系降解双氯芬酸钠

双氯芬酸钠(diclofenac sodium,DCF)是一种常用的消炎止痛药,已在地下水、地表水和饮用水中被广泛检出,成为一种新型微量污染物,具有潜在危害,基于此,采用预磁化零价铁/过硫酸盐(Pre-Fe~0/PS)和零价铁/过硫酸盐(Fe~0/PS)2种体系对DCF进行降解。考察了过硫酸盐(PS)投加量、零价铁投加量、初始pH对2种体系降解DCF的影响,探究了2种体系中铁离子的产生情况和pH的变化,并利用ESR技术检测了体系中生成的自由基。结果表明,与Fe~0/PS体系相比,在不同PS量(0.125～1.0 mmol·L~(-1))、 Fe~0量(0.125～1.0 mmol·L~(-1))和初始pH3.0～10.0下,Pre-Fe~0/PS体系对DCF的降解速率常数提高了2.1～6.2倍;Pre-Fe~0/PS体系中会产生更多的铁离子,且在反应过程中pH下降更快;Pre-Fe~0/PS体系比Fe~0/PS体系产生更多的SO·4-和·OH,且能在较长的时间保持较高的浓度。Pre-Fe~0/PS体系降解DCF可以适用更宽的pH范围,是DCF废水处理的有效途径。     

球磨硫化零价铁活化过硫酸盐降解水体中有机氯农药

利用球磨技术制备了不同硫铁(S/Fe)摩尔比的硫化零价铁(S-mZVI),并与过硫酸钠(PS)组成复合氧化体系(S-mZVI/PS),用于降解水体中的4,4′-DCBP和β-HCH,探索了制备参数和环境因子对有机氯农药降解效果的影响。结果表明：球磨过程中硫的加入不仅可以实现零价铁的硫化,还能提高零价铁的球磨效率。与球磨零价铁相比,S-mZVI的颗粒分散更均匀,呈不规则球状,且S/Fe摩尔比越大颗粒表面越平滑,更接近于球形。S-mZVI/PS体系较mZVI/PS体系对4,4′-DCBP和β-HCH的催化降解活性更高,且随着S/Fe摩尔比的增大,mZVI的腐蚀速率越高,其对污染物的降解效果越好。当S/Fe摩尔比为0.10、PS/Fe投加量配比为1/2时,4,4′-DCBP和β-HCH的降解效果最好,反应120 min后两者的最终降解率分别为92.4%和93.0%。而且,随着pH的升高,4,4′-DCBP和β-HCH降解效率逐渐降低,但二者最终降解率之间的差异较小。腐殖酸和$ {{\rm{HC}}{{\rm{O}}^ -_3} }$的存在会降低4, 4′-DCBP和β-HCH的降解效率,且随着腐殖酸和${ {\rm{HC}}{{\rm{O}}^ -_3}} $浓度的增加,对其降解效果的抑制作用增强;而$ {{\rm{N}}{{\rm{O}}^ -_3}} $的存在及浓度变化对S-mZVI/PS体系中4,4′-DCBP和β-HCH的降解影响较小。因此,S-mZVI可显著提高PS的活化效率及其对有机氯农药的降解速率,适合用作有机氯农药污染水体的修复。     

零价铁/过硫酸钾降解对氯苯酚模拟废水

以对氯苯酚（4-CP）为目标污染物,研究了零价铁（ZVI）活化过硫酸钾（KPS）氧化降解4-CP模拟废水的影响因素,对照了单独零价铁、单独过硫酸钾和联合体系的降解性能,检测了降解过程的氯离子和TOC的变化。结果表明,在pH值为5,零价铁投加量为0.3 g·L-1,过硫酸钾浓度为1.6 mmol·L-1,常温条件时,4-CP的去除率10 min可达87%。对照实验表明,体系中4-CP的降解不是零价铁或者过硫酸钾单独作用,而是联合体系产生的自由基的作用,其中硫酸根自由基起主要作用。体系中氯离子浓度随反应进行提高较快而TOC的去除率低于降解率,说明氧化脱氯作用明显,4-CP没有完全矿化。     

黄铁矿活化过硫酸钠降解丁基黄药

利用黄铁矿活化过硫酸钠降解丁基黄药,并探讨了黄铁矿用量、pH、过硫酸钠浓度、共存离子等因素对丁基黄药降解的影响。结果表明:(1)黄铁矿可有效活化过硫酸钠实现丁基黄药的高效降解。(2)在丁基黄药初始质量浓度为140mg/L、黄铁矿用量为1.0g/L、过硫酸钠质量浓度为0.080g/L、pH=6.00、降解120min时,丁基黄药降解率高达98.50%。(3)黄铁矿活化过硫酸钠降解丁基黄药的进程中,硫酸根自由基(SO_4~-·)和羟基自由基(·OH)共同作用导致丁基黄药的降解,而SO_4~-·起主要作用。(4)丁基黄药降解率随黄铁矿用量、过硫酸钠浓度的增大而增大,随pH的增大而减小。(5)Cl~-和HCO_3~-对丁基黄药的降解有明显的抑制作用,并且HCO3-的抑制作用更强。     

零价铁还原协同微生物降解处理化工废水的研究

针对某工园区综合化工废水的水质特征,拟将零价铁(ZVI)还原与厌氧折板反应器(ABR)、前置反硝化(A/O)工艺耦合对其进行处理,考察了系统的运行效果,并对废水中的特征污染物——对氯硝基苯的降解性能进行了分析。结果表明,ZVI预处理后化工废水中残留的对氯硝基苯在ABR中厌氧微生物作用后得到进一步降解,且在ABR处理过程中COD去除率较单独ZVI或微生物作用时大幅提高,虽然ZVI对难降解有机物无矿化作用,但可将难降解有机物转化为毒性较小的有机物,明显改善废水的生化性;通过控制合适的混合液回流比、有效补充碳源和碱度,可以提高A/O系统的运行效率;在较佳的工况(ABR系统HRT为24h,A/O池污泥回流比为100%、混合液回流比为3∶1,碳源投加量为3.5g)下运行连续2个月,整个系统的COD平均去除率在90%以上,出水COD质量浓度基本低于100mg/L,NH3-N去除率在80%~90%,出水NH3-N质量浓度在20mg/L以下,出水对氯硝基苯、对氯苯胺质量浓度分别在0.58~4.08、0.68~5.88mg/L,出水水质符合《江苏省化学工业主要水污染物排放标准》(DB32/939—2006)。     

钴金属-有机骨架活化过硫酸钠降解废水中的盐酸土霉素

采用新制备的钴金属-有机骨架(Co-MOF)和过硫酸钠(PS)分别作为催化剂和氧化剂,并通过Co-MOF活化PS降解废水中的盐酸土霉素,考察Co-MOF浓度、PS浓度、pH及温度对降解盐酸土霉素的影响。SEM、TEM、XRD及XPS等结果证明,Co-MOF成功地被合成。降解实验结果表明,与单独的Co-MOF、PS相比,Co-MOF/PS的降解性能有大幅度的提高。当pH=5、温度30 ℃、Co-MOF为200 mg·L⁻¹以及PS为2 000 mg·L⁻¹时,5 min后对20 mg·L⁻¹盐酸土霉素的降解率最高达到97.1%。在催化剂的重复使用实验中,Co-MOF第4次运行对盐酸土霉素的降解率由97.1%(第1次)降低至82.1%,这表明Co-MOF材料可以重复利用降解盐酸土霉素。Co-MOF降解盐酸土霉素实验反应前后的XRD和XPS数据表明Co-MOF具备良好的稳定性。以上研究结果可为新型高效降解体系的开发及其在水环境污染控制领域的应用提供参考。     

纳米零价铁处理冶炼废水

多年的理论和机制研究发现,纳米零价铁（NZVI）作为还原剂及吸附剂,可处理水溶液中的多种重金属及类金属物质;而高效处理含高浓度重金属且成分复杂的冶炼废水是一项技术难题。本研究针对特定的冶炼废水（高浓度重金属及砷、高浓度氨氮、低pH、高含盐量）,研究了pH及NZVI投加量对砷、铜、锌、铅、镍的处理效果,并考察了连续流反应器中水力停留时间（HRT）及NZVI投加量对处理效果的影响。实验通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）进行水样测试,扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）进行固相表征。实验表明,通过NZVI处理,砷、铜、锌、铅、镍去除率均达99%以上,出水浓度均小于0.1 mg/L,达到废水排放标准（GB 8978-1996）。通过连续流反应器的应用发现,适当增大HRT、增加NZVI投加量,有利于更长时间保证出水水质的良好,延长NZVI消耗时间,提高废水处理量。结果显示,NZVI对复杂冶炼废水有极好的处理效果,在废水处理领域有着独特的优势,为后续研究及实际应用提供借鉴。     

臭氧-过硫酸钠高级氧化降解土霉素废气

为去除禽畜养殖粪便高温堆肥过程产生的土霉素(OTC)废气,采用臭氧-过硫酸钠(O₃/PS)高级氧化方法,在喷淋装置中降解土霉素(OTC)废气。通过对比不同条件下装置对OTC废气的去除率,考察了O₃及PS对OTC废气去除率及耦合作用。结果表明：O₃/PS喷淋塔对OTC去除率可达94.7%,O₃直接氧化作用的加入使OTC的去除率提高了6.2%~15.9%;加入PS后,OTC的去除率增加了13.9%~23.2%,这是由8.6%~13.7%的·OH氧化作用和4.5%~7.5%的${\rm{SO}}_4^{ \cdot - }$氧化作用引起的。结合高分辨液质联用仪(LC-TOF-MS/MS)分析OTC的降解产物,可以看出,OTC在O₃/PS喷淋塔中经过O₃、·OH和${\rm{SO}}_4^{ \cdot - }$的氧化后,生成了4种主要中间产物,即C₂₀H₁₈N₂O₈、C₂₂H₂₀N₂O₈、C₁₂H₁₆O₂和C₁₃H₂₁O₃。由此可知,OTC废气能被喷淋装置有效去除,并被O₃/PS氧化降解。以上研究结果为含OTC废气的产生、检测和处理提供了参考。     

紫外活化过硫酸钠降解水中三唑酮的效能

针对常规水处理工艺难以去除原水中低浓度有机氯农药的问题,采用新型高级氧化技术——紫外(UV)活化过硫酸钠(PS)去除水中有机氯农药三唑酮(triadimefon,TDF),分别研究了TDF初始浓度、PS浓度、初始pH、氯离子浓度以及腐殖酸(HA)浓度对TDF降解效果的影响。结果表明：随着TDF浓度的增加,其去除率逐渐降低;PS浓度从100 μmol·L-1增到250 μmol·L-1,TDF去除率可以提高6.83%;初始pH为5时,TDF的去除率最大;氯离子的存在会抑制TDF降解;存在HA时会降低TDF去除效果。当TDF浓度为200 μg·L-1、PS投加量为250 μmol·L-1、pH为5、温度为(25±2) ℃和反应时间为600 s的反应条件下,TDF的去除率达到99.83%。相比于单独采用UV辐照和PS氧化技术,UV/PS技术对TDF的去除率分别提高了64.2%和86.22%。TDF的降解机制是紫外直接光解和以硫酸根自由基(SO4?-)为主的自由基氧化的共同作用。     

硫酸亚铁铵活化过硫酸钠降解土壤吡虫啉的研究

为探究硫酸亚铁铵与过硫酸钠对土壤中吡虫啉降解率的影响,实验设定两种降解试剂添加量均为0.2、0.5、1.0 mmol,土壤中吡虫啉质量浓度为33.0、49.5、66.0μg/g,农作物土壤为水稻、玉米与茶叶土壤,温度为-4、25℃。结果表明：1.0 mmol过硫酸钠与0.2 mmol硫酸亚铁铵对水稻土壤中吡虫啉的降解率最佳,最高可达98.8%,且前120 min内降解速率较快。3种吡虫啉浓度的降解效果没有显著差异(p>0.05);温度对降解率的影响不显著(p>0.05)。土壤中有机碳与pH越低,越有利于过硫酸钠与硫酸亚铁铵降解土壤中吡虫啉。     

有机改性伊利石负载纳米零价铁类芬顿降解废水中头孢哌酮

为提高纳米零价铁（nZVI）在类芬顿体系中的催化效能,将液相还原法生成的纳米零价铁负载在经十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)改性后的伊利石上,制备成类芬顿催化剂(It/CTAB@nZVI);采用XRD、SEM 及FTIR等方法对催化剂(It/CTAB@nZVI)的形貌和结构进行了表征,并以头孢哌酮(CPZ)为目标污染物,分别考察了H2O2浓度、催化剂投加量及pH对CPZ去除效果的影响,初步探究了It/CTAB@nZVI类芬顿体系降解废水中头孢哌酮的机理。结果表明,nZVI已成功地附着在改性后的伊利石表面,能有效防止纳米零价铁的团聚,提高了其在类芬顿体系中的催化效能;在H2O2浓度为3.2 mmol·L−1、It/CTAB@nZVI投加量为0.03 g·L−1、初始pH为2的条件下,CPZ的最大去除率可达99.4%。CPZ中β-内酰胺环结构被羟基自由破坏,先分解成具有苯环的中间产物,随后中间产物被进一步氧化分解为小分子的有机酸及醇类,最终被彻底降解为CO2、H2O、${{\rm{NO}}_3^{-}} $、${{\rm{NH}}_4^{+}} $、${{\rm{SO}}_4^{2-}} $等无机物。以上研究结果可为类芬顿催化剂的制备和类芬顿技术处理难生物降解有机废水提供参考。     

絮凝耦合过硫酸钠氧化处理实际含糖废水

含高浓度污染物和色度实际含糖废水的高效处理一直是水处理领域的难点。针对单一絮凝沉淀和过硫酸钠氧化体系的技术局限性,首次构建了絮凝耦合过硫酸钠氧化体系,同步实现了对废水中COD和色度的高效去除,并深入探究了污染物的转化机理。结果表明：在最佳实验条件下,絮凝耦合过硫酸钠氧化体系对实际含糖废水中COD的去除率高达 95.74%,色度去除率高达96%。紫外全波长扫描和GC-MS分析结果表明,絮凝沉淀过程优先去除不含发光基团的大分子聚合物、长链烷烃等有机污染物,含发光基团的大分子有机污染物部分被去除;在后续过硫酸钠氧化过程中,实际废水中含发光基团的大分子有机污染物几乎被彻底去除,小分子有机污染物得到高效去除。本研究可为复杂的实际含糖废水的达标排放提供参考。     

电活化过硫酸钠降解四溴双酚A生产废水

四溴双酚A(TBBP-A)生产废水含有多种难降解有机物及大量盐类,是极难处理的化工废水。采用外加直流电压活化过硫酸钠的方法预处理TBBP-A生产废水,以总有机碳(TOC)降解率为指标考察有机物的降解情况。结果表明,酸性条件有利于电活化过硫酸钠降解TBBP-A生产废水,pH=2时过硫酸钠浓度对TOC降解情况影响不大,中性或碱性环境下,过硫酸钠浓度是TOC降解率的主要影响因素。适当提升外加电压有利于促进TBBP-A生产废水中TOC的降解,处理时间宜控制在1.0h以内,电极介质对于TOC降解的影响总体不大。当外加电压为3.0V,过硫酸钠质量分数为2%～5%,pH=2,反应时间为1.0h左右时,TOC降解率可以达到40%以上,可见电活化过硫酸钠技术可以作为预处理TBBP-A生产废水的有效手段。     

铜基生物炭活化过硫酸钠处理废水中EDTA-Cu

为实现废水中EDTA-Cu的快速破络和去除,以铜基生物炭(CuO@BC)为催化材料活化过硫酸钠(PS),探究了EDTA-Cu、TOC和铜的去除效率及影响因素,初步揭示了催化机理。结果表明,CuO@BC-PS体系能够在60 min时有效去除97.1%的EDTA-Cu和69.6%的TOC,并且通过沉淀去除62.2%的铜。氧化铜(CuO)是提高复合材料催化作用的关键因素,降解反应体系中自由基作用不大,非自由基途径活化PS是降解EDTA-Cu的主要原因。以上研究结果可为络合态重金属污染废水的高级氧化处理提供参考。     

超声波／零价铁降解水中双酚A

研究了超声波／零价铁（US／Fe^0）工艺对水中双酚A（BPA）的降解效果及影响因素。结果表明,US／Fe^0工艺可以有效降解水中的BPA,具有协同作用,且降解过程符合一级动力学规律;Fe^0具有促进和抑制的双重作用;超声功率越大,越有利于BPA的降解;初始浓度较低时,BPA的降解效果较好;弱酸性条件有利于BPA的降解;加入一定量的自由基捕获剂（正丁醇）可以抑制BPA的降解;联合作用2h后,TOC的去除率较低,说明其矿化程度不完全。     

超声波-零价铁协同降解废水中活性深蓝M-2GE的研究

研究了超声波-零价铁对废水中活性深蓝M-2GE的协同降解,探讨了铁粉添加量、超声波功率、介质pH和染料的浓度等对活性深蓝M-2GE降解效率的影响。结果表明,零价铁的存在可显著提高废水中活性深蓝M-2GE的超声降解效率,其降解率随着铁粉添加量的增多而升高。介质pH对活性深蓝M-2GE的降解有显著影响,pH=3时降解率最高。另外增大超声功率有利于有机污染物的降解,有机染料的浓度越低,降解率越高。     

负载型颗粒活性炭催化过硫酸钠氧化降解橙黄G

通过在颗粒活性炭(GAC)上负载氧化铁,并以此作为催化剂(Fe/GAC)在常温常压下催化过硫酸钠(PS)产生硫酸根自由基降解偶氮染料橙黄G。研究了体系pH、氧化剂浓度、催化剂浓度对橙黄G去除率的影响,并且对催化剂的重复使用性能进行了测试。结果表明,在Fe/GAC/PS体系中,[OG]0=0.2 mmol/L,[GAC]=1 g/L,[PS]0=2 mmol/L,降解2 h后OG去除率为99%,且有较高的矿化率;随着氧化剂浓度和催化剂浓度的增加,OG的去除效率提高;催化剂有较好的重复使用性。利用扫描电镜(SEM)对催化剂进行了表征,可以看出在活性炭上成功负载氧化铁。利用化学分子探针竞争实验鉴定催化反应中的活性物种SO4-·和OH·。     

高铁酸盐与过硫酸钠联合降解水中滴滴涕和六六六

针对滴滴涕(DDTs)和六六六(HCHs)等有机氯农药(OCPs)难以同步降解的问题,采用高铁酸钾(K_2FeO_4)和过硫酸钠(Na_2S_2O_8)联合降解水溶液中的7种OCPs;分别考察了K_2FeO_4投加量、Na_2S_2O_8投加量和溶液初始pH因素的单独作用及交互作用对OCPs降解率的影响;采用气相色谱-质谱联用仪分析鉴定了降解产物,并探讨了K_2FeO_4/Na_2S_2O_8体系对各OCPs的降解机理。结果表明:K_2FeO_4/Na_2S_2O_8体系处理的OCPs降解率大于K_2FeO_4单独处理下的降解率;碱性环境(pH=9～11)有利于α-HCH和γ-HCH的降解,弱碱性环境(pH=7～9)有利于DDTs的降解,中性环境(pH=7)有利于β-HCH的降解。采用二次多项式和逐步回归法可以较好地拟合和预测OCPs降解率与反应条件的关系,当K_2FeO_4投加量8 g·L~(-1)、Na_2S_2O_8投加量2 g·L~(-1)、pH=11时,总环境风险削减率可达79.16%,与验证实验结果相近。这表明模型具有较好的预测能力。K_2FeO_4/Na_2S_2O_8联合处理对OCPs的降解途径主要为脱氯脱氢,但仍有不完全脱氯产物残留。与K_2FeO_4单独处理相比,K_2FeO_4/Na_2S_2O_8双氧化体系实现了对DDTs和HCHs的高效同步降解。