电Fenton法降解甲基橙的机理研究

本文采用紫外—可见光谱和高效液相色谱对电Fenton法降解模拟偶氮染料甲基橙的降解过程及其机理进行了试验研究,结果表明:电Fenton法降解甲基橙存在偶氮式降解和醌式降解两个复杂的降解历程,甲基橙偶氮基团的未成对电子先与反应体相中的·OH结合,分解为多种芳香类物质,接着·OH进一步进攻苯环大π键,生成对苯二酚、苯醌等小...     

苯醌对聚合硅酸铁多相UV-Fenton体系的增效机制

通过构建苯醌增效聚合硅酸铁多相UV-Fenton体系,讨论了体系中橙Ⅱ的脱色和降解途径.在研究苯醌浓度对聚合硅酸铁铁离子的释放、Fe²⁺与Fe³⁺之间的转化、H₂O₂分解和·OH生成影响的基础上,提出了苯醌对聚合硅酸铁多相UV-Fenton体系的增效机制.结果表明,随苯醌浓度的增加,其紫外光下光解还原聚合硅酸铁并释放Fe²⁺的程度增大、H₂O₂分解速度加快、产生·OH浓度峰值增高且出现的时间提前;苯醌增效体系释放于溶液中的Fe²⁺可以通过Fenton反应转化成Fe³⁺,反应结束后聚合硅酸铁能重新吸附Fe³⁺并使其浓度降低,避免了增效体系铁离子的二次污染.本研究将为多相催化剂催化过程的调控提供新的视角,为多相光助-芬顿反应在有机废水资源化中的应用提供理论依据和技术支持.     

以一种黏土矿物材料为非均相类芬顿催化剂对甲基橙的降解

为实现以甲基橙为代表的偶氮类染料的高效降解,采用一种黏土矿物材料——Quantum Energy? Radiating Material（下称QE）为催化剂,系统分析了其在非均相类芬顿反应中的催化剂协同静态吸附作用,并考察了不同因素对甲基橙去除效果的影响,同时基于降解过程中Fe2+和总Fe析出量（以ρ计）、·OH等的变化过程,探讨了QE降解甲基橙的作用机制.结果表明,QE对甲基橙具有良好的吸附作用,同时,其作为非均相类芬顿催化剂对甲基橙的降解受到pH、温度、c（H₂O₂）、催化剂投加量等因素的影响.优化后的降解条件:初始ρ（甲基橙）为50 mg/L、QE投加量为5 g/L、c（H₂O₂）为100 mmol/L、pH为2、温度为60℃,在该条件下反应40 min后,甲基橙的去除率可达到99%.以叔丁醇作为·OH淬灭剂,随着c（叔丁醇）的增高,反应体系中甲基橙的去除率随之下降,说明·OH在该体系甲基橙降解中起重要作用;对在反应过程中Fe2+和总Fe析出量的监测数据表明,体系中QE对甲基橙的降解为均相芬顿反应、非均相芬顿反应和吸附作用协同作用的结果.研究显示,以QE为催化剂,通过吸附协同催化氧化作用可以有效处理含甲基橙的染料废水.      

光助-电解锰渣/H2O2非均相体系氧化降解双酚S

以电解锰渣作为光催化剂构建非均相类光Fenton体系,采用双酚S为模型化合物,研究了该反应体系中双酚S氧化降解的降解机制及影响因素,并建立了·OH的生成速率模型以及溶解性有机质（DOM）影响的预测模型.结果表明,电解锰渣中具有催化效果的铁和锰的质量含量分别为1.49%和2.28%;相比UV、UV/电解锰渣、UV/H₂O₂和电解锰渣/H₂O₂体系,电解锰渣/UV/H₂O₂光Fenton体系对双酚S具有更好的氧化降解效果,双酚S的降解效果与电解锰渣投加量、H₂O₂浓度呈正相关,与pH值、双酚S初始浓度呈负相关;溶液中析出的Fe和Mn的浓度与pH值呈负相关,且电解锰渣/UV/H₂O₂氧化体系反应浸出的共存活性金属组分不利于双酚S降解;电子自旋共振和自由基淬灭实验发现电解锰渣/UV/H₂O₂体系中氧化降解双酚的主要活性物种是·OH.采用异丙醇构建了该体系中·OH的生成速率模型,计算可得·OH的生成速率R·^f_OH在3.22×10^-9~1.1×10^-8mol/（L·s）之间,与硝基苯拟合计算出的R·^f_OH（6.5×10^-9mol/（L·s））一致.双酚S降解效率随着DOM浓度的增加而降低.基于自由基稳态动力学理论建立了DOM存在下电解锰渣/UV/H₂O₂体系中双酚S降解的动力学预测模型,发现模型的预测值与实验值较好符合,说明DOM主要通过淬灭体系中的·OH影响双酚S的降解.     

磷钨酸光催化降解甲基橙溶液的研究

以磷钨酸为光催化剂,在紫外灯照射下,对模拟染料废水甲基橙溶液进行光催化降解反应;研究了催化剂加入量、甲基橙初始质量浓度、外加TiO2和氧化剂H2O2、KIO4对甲基橙溶液光催化脱色效果的影响。结果表明:100mL20mg/L甲基橙溶液光催化剂最佳用量80m g;在较低浓度下,甲基橙溶液的光催化降解反应符合一级动力学方程;在特定条件下,(TiO2+H3PW12O40)/UV、(H2O2+H3PW12O40)/UV和(KIO4+H3PW12O40)/UV光催化体系对甲基橙溶液光催化脱色效果优于H3PW12O40/UV光催化体系。     

紫外强化铜循环催化过硫酸盐降解甲基橙

为增强Cu（Ⅱ）/PMS（PMS为活化过硫酸盐）体系的氧化能力,加速Cu（Ⅰ）和Cu（Ⅱ）之间的循环转化,以MO（甲基橙）为目标污染物,研究了Cu（Ⅱ）/PMS/UV（UV为紫外线）体系氧化降解MO的效果和反应机理,以及UV在Cu（Ⅱ）/PMS体系中的作用.结果表明:反应20 min时,Cu（Ⅱ）/PMS体系中MO的降解率为41.13%,Cu（Ⅱ）/PMS/UV体系中MO的降解率达到100%;通过投加TBA（叔丁醇）和EA（乙醇）发现,在酸性条件下体系的主要氧化物种是SO₄-·（硫酸根自由基）和少量的·OH（羟基自由基）;MO的降解率随pH的增大而减小;提高紫外灯功率和PMS投加量均有利于MO的降解;最佳Cu（Ⅱ）投加量为10.0 μmol/L,超过Cu（Ⅱ）的最佳投量会抑制MO的降解;MO的降解过程符合假一级动力学;紫外可见光谱图分析结果表明,MO最终被降解为共轭二烯类物质.研究显示,在Cu（Ⅱ）/PMS/UV体系中,UV可以有效促进Cu（Ⅱ）向Cu（Ⅰ）的转化,从而显著增强Cu（Ⅱ）/PMS体系的氧化能力,有效降解水中污染物.      

过硫酸盐协同光催化纳米ZnO降解盐酸四环素的影响机制

以水葫芦为原料,制备了负载纳米ZnO的生物炭材料（ZnO-BC）,研究了单独光催化ZnO-BC和过硫酸钠（PS）协同ZnO-BC/UV体系氧化降解盐酸四环素（TC）.结果表明,PS协同ZnO-BC /UV体系的降解反应速率比单独光催化ZnO-BC时有显著提高,120min后降解率达到89.48%.PS可作为强氧化剂,利用纳米ZnO的光生电子产生SO₄^-·和·OH协同光催化反应.TC的反应过程可分为两个阶段：暗吸附阶段和光催化反应阶段.影响因素和响应面试验结果得出的影响顺序为PS浓度 > 紫外灯功率 > 初始pH值 > 纳米ZnO质量浓度.猝灭试验表明,在TC的降解中,SO₄^-·和·OH是参与反应的主要自由基.起氧化作用的自由基一部分在溶液中产生,另一部分由生物炭材料表面含氧官能团的作用和紫外光激发纳米ZnO产生.在此基础上,探讨了在TC降解过程中,PS与ZnO-BC的协同机理和协同作用的规律.     

化学氧化法修复TPH污染土壤的效果比较及工艺研究

以TPH污染土壤为研究对象,研究了不同化学氧化体系对TPH污染土壤的修复效果及影响因素。研究表明:Fenton、类Fenton及碱活化过硫酸盐3个体系都对TPH污染土壤有较好的修复效果。柠檬酸的加入改善了Fenton体系的催化作用,类Fenton体系降解效果最佳。TPH在类Fenton及碱活化过硫酸盐体系中的降解符合准一级反应动力学,提高H₂O₂、柠檬酸和过硫酸盐的浓度均有利于TPH的降解。强化混合、分次投加氧化剂及减小土壤粒径均可以提高TPH的降解效率,节约氧化剂用量。类Fenton体系中有效成分主要为·OH,碱活化过硫酸盐体系中除了·OH外,还存在SO₄-·或O₂-·等的作用,因此氧化剂利用率较高。     

Fenton试剂在染料废水处理中的应用

介绍了Fenton试剂及类Fenton试剂的氧化机理 ,并结合自己所做的实验阐述了Fenton试剂在染料废水处理中的应用。本实验以甲基橙溶液模拟偶氮类染料废水 ,用Fenton法进行处理 ,探讨了H2 O2 和FeSO4·7H2 O的用量、溶液的pH值、溶液的初始浓度、反应时间等对甲基橙剩余率的影响 ,并探讨了甲基橙的降解反应动力学方程。     

紫外-高级氧化联合处理采气污水中残留甲醇研究

为了提高污水中残留甲醇的降解率,采用UV/TiO_2/H_2O_2、UV/Fenton、UV/H_2O_2/草酸铁等高级氧化法对甲醇降解进行试验研究,探讨了各处理体系对甲醇降解率的影响。结果表明,当甲醇初始浓度大约为1 000 mg/L时,单独UV对甲醇的降解率低于10%;以产生大量·OH为主的UV-AOPs方法使甲醇的降解率显著提高,其中UV/H_2O_2/草酸铁效果最好,甲醇降解率可达95.8%,UV/TiO_2/H_2O_2和UV/Fenton处理甲醇的降解率分别为84.8%、94%。当UV-高级氧化处理时间超过1 h时,超过90%甲醇可氧化为CO_2。     

PSF多相UV-Fenton体系原儿茶酸与龙胆酸的增效对比

对比研究了原儿茶酸和龙胆酸对聚合硅酸铁（PSF）多相UV-Fenton体系降解橙Ⅱ的增效能力,分析了两种增效体系中铁离子转化、H₂O₂分解以及·OH生成之间的关系,探讨了两种增效试剂对PSF多相UV-Fenton体系的增效机制.结果表明：原儿茶酸和龙胆酸均能够有效促进催化剂Fe²⁺生成与释放,进而提高体系·OH的浓度、促进橙Ⅱ的降解.相对原儿茶酸,龙胆酸对PSF的还原能力更强,其相应增效体系中·OH的浓度更高、橙Ⅱ的降解速度更快.0.2mmol/L的增效浓度下,橙Ⅱ在原儿茶酸和龙胆酸增效体系中第一段脱色速率常数能分别从基础体系的0.11min^-1提高至1.68和2.48min^-1,分别增加14.27倍和21.55倍.原儿茶酸和龙胆酸能够循环增效PSF多相UV-Fenton体系降解橙Ⅱ,反应结束后PSF对Fe³⁺的再吸附使得溶液总铁离子浓度低于5mg/L,从而避免催化剂铁元素的损失以及铁离子的二次污染,表明原儿茶酸和龙胆酸均是PSF多相UV-Fenton体系的高效增效试剂.     

石墨烯三维电极-电Fenton系统降解甲基橙

将三维电极和电Fenton系统结合电催化氧化降解甲基橙废水.制备了Fe₃O₄负载的氧化石墨烯粒子电极GO@Fe₃O₄（GF）和球形凝胶结构SA/GO@Fe₃O₄（SGF）粒子电极,对两种粒子电极进行了表征,探讨了三维电极-电Fenton（3D-EF）系统电催化氧化性能的影响因素,并进行了反应动力学分析,结合Box-Benhnken中心复合响应面设计建立响应面二次多元回归方程模型;采用紫外可见光谱和GC-MS技术研究甲基橙降解过程.结果表明,SGF粒子电极表面形成三维网络状褶皱结构.在初始pH=5,粒子电极投加量3.0g/L,反应时间90min,电流密度30mA/cm²,外加电压7V的反应条件下,SGF粒子电极体系的甲基橙色度和COD去除率分别是98.8%和87.5%,均高于GF粒子电极体系的甲基橙色度去除率87.2%和COD去除率71.2%.响应面模型预测的反应条件和甲基橙色度去除率和实验结果吻合.推测甲基橙降解过程分为3个阶段：断键氧化过程、开环过程和完全氧化过程.     

石墨烯三维电极-电Fenton系统降解甲基橙

将三维电极和电Fenton系统结合电催化氧化降解甲基橙废水.制备了Fe₃O₄负载的氧化石墨烯粒子电极GO@Fe₃O₄（GF）和球形凝胶结构SA/GO@Fe₃O₄（SGF）粒子电极,对两种粒子电极进行了表征,探讨了三维电极-电Fenton（3D-EF）系统电催化氧化性能的影响因素,并进行了反应动力学分析,结合Box-Benhnken中心复合响应面设计建立响应面二次多元回归方程模型;采用紫外可见光谱和GC-MS技术研究甲基橙降解过程.结果表明,SGF粒子电极表面形成三维网络状褶皱结构.在初始pH=5,粒子电极投加量3.0g/L,反应时间90min,电流密度30mA/cm²,外加电压7V的反应条件下,SGF粒子电极体系的甲基橙色度和COD去除率分别是98.8%和87.5%,均高于GF粒子电极体系的甲基橙色度去除率87.2%和COD去除率71.2%.响应面模型预测的反应条件和甲基橙色度去除率和实验结果吻合.推测甲基橙降解过程分为3个阶段：断键氧化过程、开环过程和完全氧化过程.     

超声波促进Fenton法脱色甲基橙溶液的研究

分别研究了超声波、Fenton试剂、超声波-Fenton试剂作用下甲基橙溶液的脱色和COD去除行为.结果表明,超声波单独作用甲基橙溶液几乎没有脱色效果;Fenton试剂单独作用400mg/L的甲基橙溶液30min,甲基橙色度去除率67.51%,COD去除率63.15%;而超声波-Fenton试剂时,溶液色度去除率86.91%,COD去除率80.32%.超声波与Fenton试剂对甲基橙溶液的脱色和COD去除有协同作用.Fenton试剂脱色强酸性甲基橙溶液是氧化反应,而在pH大于5时,是还原反应.     

Fe3O4/FeS2活化H2O2降解典型苯胂酸类污染物

利用水热法成功制备了Fe₃O₄/FeS₂催化剂,并将其用于构建非均相芬顿体系降解典型的苯胂酸类污染物（洛克沙胂,ROX）.XRD、SEM、XPS和磁学测量系统（VSM）等表征结果表明,Fe₃O₄/FeS₂呈明显的颗粒状且具有良好的磁性.降解实验结果显示,在最优条件下（初始pH值为4.5、ROX起始浓度为20mg/L、Fe₃O₄/FeS₂投加量为0.15g/L和H₂O₂浓度为0.034g/L,Fe₃O₄/FeS₂介导的非均相芬顿体系可以超快速降解ROX,1min后的降解效率达到96.74%,明显优于单独的Fe₃O₄或FeS₂体系.此外,Fe₃O₄/FeS₂可以通过磁铁进行快速回收利用,同时也具有良好的重复利用性能,使用3次后,ROX的降解效率仍超过80%.机理分析表明,Fe₃O₄/FeS₂能够快速地催化H₂O₂产生具有强氧化性的羟基自由基（·OH）.在·OH的作-用下,ROX分子结构中C-As、C-N和C-C等化学键发生断裂,发生脱砷、脱硝和开环等反应,进而生成一系列的有机产物（如酚类、醌类、小分子有机酸等）和无机产物（As （V）和NO₃^-）.之后,无机砷能够被吸附在催化剂表面,而有机产物则进一步被矿化.