Al0-Gr-Fe0活化O2类Fenton氧化降解土霉素的研究

采用高能球磨-高温烧结-液相还原法制备了能活化O₂原位产生H₂O₂/^·OH的新型功能材料（Al⁰-Gr-Fe⁰）,通过XRD、SEM、EDS和VSM对Al⁰-Gr-Fe⁰进行了表征,探讨了水中土霉素（OTC）在Al⁰-Gr-Fe⁰/O₂体系中的降解效能和降解途径.结果表明,在初始pH值为6、Al⁰-Gr-Fe⁰投加量为2g/L的条件下反应60min后,OTC和TOC的去除率分别达到100.00%和92.93%.循环使用4次后,Al⁰-Gr-Fe⁰对OTC的去除率仍有79.27%.通过自由基猝灭试验和自由基捕获试验确定了Al⁰-Gr-Fe⁰/O₂体系降解OTC的主要活性物种是^·OH.Al⁰-Gr-Fe⁰/O₂体系对OTC的降解归因于：Al⁰-Gr-Fe⁰高选择性还原O₂为H₂O₂/^·OH;Al⁰-Gr-Fe⁰中的Al⁰还原能促进Fe的循环,从而提高了Fe的催化活性,促进了H₂O₂分解产生^·OH.     

电-Fenton技术中H2O2积累强化的研究现状及展望

电-Fenton技术因原位电化学合成H₂O₂、电循环Fe²⁺/Fe³⁺而在水处理领域备受关注.阴极2电子氧还原(ORR)电合成H₂O₂反应决定着·OH形成速率及产量.本文首先从阴极电合成H₂O₂全过程角度阐明了阴极积累H₂O₂的原理,随后分别总结了近年来在电-Fenton体系强化2电子ORR前驱体氧传质策略、提高2电子ORR电合成H₂O₂的反应活性/选择性方法、减小/抑制H₂O₂无效分解的途径.在此基础上,进一步总结了电-Fenton技术在环境中的应用,最后对电-Fenton的发展趋势进行了阐述.     

柠檬酸配体促进Cu/Fe0电子转移增强氧化性能的研究

该研究通过掺杂过渡金属Cu和Ni方式制备了2种改性纳米零价铁材料,在有无柠檬酸(CA)2种体系下,探究了材料对诺氟沙星的降解效果并分析其作用机理。结果表明,1% Cu/Fe⁰-CA对诺氟沙星有最佳降解效果,1 h降解效率约为73%;而没有柠檬酸的Cu/Fe⁰体系,也有70%左右的降解效率。结合DFT理论计算分析,对体系中·O₂^-、H₂O₂、·OH等自由基形成过程探究表明,无柠檬酸配体时主要是还原降解过程,在Fe⁰转化Fe²⁺时,电子直接传递至铁表面吸附的诺氟沙星,且还原氢(H*)起到还原作用。在有柠檬酸配体存在时则源于活化分子氧过程,在电子传递过程中产生H₂O₂,继而与柠檬酸亚铁产生类Fenton反应,体现出强氧化效应。     

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.     

腐殖质及其模型化合物的H2O2光化学生成研究

在模拟太阳光下研究了多种腐殖质及其模型化合物的过氧化氢（H₂O₂）生成动力学,并对其生成机制进行了探讨.结果表明不同来源或不同形式的腐殖质在模拟太阳光照射下均能产生H₂O₂.不同腐殖质生成H₂O₂速率差异不大,范围为6.379~15.784nmol/（L·min）,腐殖酸生成H₂O₂速率略快于富里酸.对于腐殖质模型化合物,邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、苯醌、邻茴香胺、对茴香胺、水杨酸和2,6-二甲氧基-1,4-苯醌等8种模型化合物没有产生明显的H₂O₂,而藜芦醇、对氨基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸（DHBA）、2,5-二羟基-1,4-苯醌、苯酚、苯甲酸和苯胺等7种化合物均可检测到H₂O₂产生.但其产生H₂O₂的速率差异较大,相差1~2个数量级,生成H₂O₂速率最快的化合物为2,5-二羟基-1,4-苯醌和DHBA,较慢的为苯酚、苯甲酸和对氨基苯甲酸.基于腐殖质生成H₂O₂机制,推测典型模型化合物DHBA的H₂O₂生成机制可能为光照条件下该化合物跃迁为单重激发态,该激发态发生分子内电子转移,生成还原性自由基中间体,该中间体和O₂反应,生成了超氧负离子（O₂·^-）,随后与水中H⁺反应生成了H₂O₂.     

基于臭氧微纳米气泡的O3-H2O2体系降解有机污染物的效能与影响因素

针对传统臭氧氧化技术传质效率低和易产生消毒副产物的问题,采用臭氧微纳米气泡联合H₂O₂氧化体系提高传质效率,增加氧化能力及减少消毒副产物的产生。通过试验模拟研究了臭氧速率、H₂O₂浓度、地下水常见地球化学参数对2-氯酚降解效果的影响,并研究了O₃-H₂O₂体系对典型环境污染物的降解效果。结果表明：臭氧速率在40 mg/min时,臭氧利用率最高;H₂O₂浓度为0.5 mmol/L、pH为9时,O₃-H₂O₂体系对2-氯酚的降解效果最佳;Cl⁻、CO₃ ²⁻/HCO₃ ⁻、天然有机质的存在对O₃-H₂O₂体系均具有抑制作用;O₃-H₂O₂体系对抗生素类、氯酚类、氯代烃、含硝基类有机物4类典型的环境污染物都具有较好的降解效果。

     

EDDS强化Fe0-Al0体系降解废水中4-氯酚的性能和机理

采用乙二胺二琥珀酸（EDDS）强化Fe⁰-Al⁰体系还原水溶液中的O₂产生H₂O₂和·OH等活性氧（ROS）的绿色高级氧化工艺,以4-氯酚（4-CP）模拟废水为研究对象,考察了溶液的初始pH值、铁铝的质量比、EDDS投加量和4-CP的初始浓度等因素对4-CP降解的影响.采用电子自旋共振（ESR）法、苯甲酸捕捉法以及4-CP的降解产物等证实了ROS的产生及4-CP的降解机制.结果表明：EDDS强化Fe⁰-Al⁰/O₂体系对4-CP的去除率随溶液初始pH的升高而降低,但在pH=2.5～9范围内,始终具有较好的4-CP去除率;随Fe⁰：Al⁰质量比增加4-CP的去除率先增大后减小,最佳质量比为4：1;随EDDS投加量和4-CP初始浓度增加,4-CP的去除率增大;EDDS可使体系的高级氧化能力提高9倍,在初始pH=2.5、Fe⁰=8g/L、Al⁰=2g/L、EDDS=1.5mmol/L条件下,反应3h后100mg/L 4-CP的去除率和脱氯率均达到近100%..     

WS2对Fe2+/过氧化钙类芬顿体系降解双酚A的助催化作用

Fe²⁺/过氧化钙类芬顿体系(Fe²⁺/CaO₂)在实际应用中易受到铁离子循环缓慢的限制.因此,本研究利用商业WS₂作为Fe²⁺/CaO₂体系的助催化剂以促进Fe³⁺/Fe²⁺快速循环,进而高效降解双酚A(BPA).在最佳条件下,WS₂/Fe²⁺/CaO₂体系在15 min内对BPA(10 mg·L^-1)的降解率为99.7%.同时,该体系展示出良好的应用前景,可适用于多种水体,亦可高效降解多种难降解有机污染物.自由基淬灭实验和EPR分析表明,羟基自由基(·OH)、单线态氧(¹O₂)和超氧自由基(·O₂^-)是BPA降解的主要活性氧物种,其中·OH贡献最大.WS₂表面暴露的W⁴⁺还原性位点,促进了Fe...     

腐殖质及其模型化合物的H2O2光化学生成研究

在模拟太阳光下研究了多种腐殖质及其模型化合物的过氧化氢（H₂O₂）生成动力学,并对其生成机制进行了探讨.结果表明不同来源或不同形式的腐殖质在模拟太阳光照射下均能产生H₂O₂.不同腐殖质生成H₂O₂速率差异不大,范围为6.379~15.784nmol/（L·min）,腐殖酸生成H₂O₂速率略快于富里酸.对于腐殖质模型化合物,邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、苯醌、邻茴香胺、对茴香胺、水杨酸和2,6-二甲氧基-1,4-苯醌等8种模型化合物没有产生明显的H₂O₂,而藜芦醇、对氨基苯甲酸、3,5-二羟基苯甲酸（DHBA）、2,5-二羟基-1,4-苯醌、苯酚、苯甲酸和苯胺等7种化合物均可检测到H₂O₂产生.但其产生H₂O₂的速率差异较大,相差1~2个数量级,生成H₂O₂速率最快的化合物为2,5-二羟基-1,4-苯醌和DHBA,较慢的为苯酚、苯甲酸和对氨基苯甲酸.基于腐殖质生成H₂O₂机制,推测典型模型化合物DHBA的H₂O₂生成机制可能为光照条件下该化合物跃迁为单重激发态,该激发态发生分子内电子转移,生成还原性自由基中间体,该中间体和O₂反应,生成了超氧负离子（O₂·^-）,随后与水中H⁺反应生成了H₂O₂.     

MW-Fe0/H2O2体系预处理垃圾渗滤液浓缩液有机物

为探究MW-Fe⁰/H₂O₂类芬顿反应对渗滤液浓缩液的效能与机理,探讨了废水初始pH值、Fe⁰投加量、H₂O₂投加量、MW功率和反应时间等影响因素对有机物去除效果,通过类比实验对MW-Fe⁰/H₂O₂体系处理渗滤液浓缩液中MW辐射的反应机理进行研究,并采用了SEM和XRD技术对反应前后的Fe⁰物相变化及催化机理进行了探究.结果表明,在初始pH值为3.0,Fe⁰投加量0.5g/L,H₂O₂投加量20mL/L,MW功率400W,反应时间14min时,其COD、UV₂₅₄以及色度（CN）的去除率分别为58.70%、85.69%和88.30%.类芬顿类比实验说明MW-Fe⁰/H₂O₂体系处理后具有较高的有机物去除率和可生化性;紫外-可见光谱表明,Fenton和MW-Fe⁰/H₂O₂类芬顿反应均能使废水中有机物的芳香性程度、分子量和缩合度大幅度降低,但MW-Fe⁰/H₂O₂类芬顿反应优于其他反应过程;三维荧光光谱显示,MW-Fe⁰/H₂O₂类芬顿反应能使渗滤液浓缩液中荧光峰峰位蓝移,说明废水的腐殖质缩合度减小,且分子量大幅降低.与此同时,Fe⁰在反应过程中,表面由光滑变得粗糙且被腐蚀为Fe₃O₄和FeOOH等物质.MW-Fe⁰/H₂O₂类芬顿反应的主要机理为芬顿反应及铁氧化物-H₂O₂非均相芬顿反应的高级氧化作用、铁基胶体对有机物的吸附沉淀,而MW的热效应和非热效应加速了以上作用的进行,从而能对渗滤液浓缩液中有机污染物进行快速去除.     

沉积物活化氧气和过氧化氢产生羟自由基降解三氯乙烯的比较研究

沉积物中Fe(Ⅱ)可以活化氧气(O₂)产生羟自由基(?OH),从而降解有机污染物. 为评估O₂应用于原位化学氧化(ISCO)等修复工程的潜力,通过室内静态试验体系,定量对比了不同条件下,沉积物活化O₂与过氧化氢(H₂O₂)产生?OH的产量、氧化剂转化效率的差异,并采用三氯乙烯(TCE)作为代表性污染物来评估两种氧化剂体系降解污染物的能力. 结果表明:在pH为7的条件下,河岸带地下1 m和8 m以及化工场地下1 m和5 m沉积物悬浊液(均为50 g/L)在180 min内活化4.6 mmol/L O₂(假定体系中O₂完全溶解于水相的浓度,下同)时分别产生0.5、7.1、1.0、13.8 μmol/L ?OH,活化5 mmol/L H₂O₂时分别产生1.7、39.1、72.1、102.8 μmol/L ?OH. O₂转化为?OH的效率为0.1%~3.0%,与H₂O₂ (0.03%~2.40%)处于相近水平. 在50 g/L河岸带地下8 m沉积物悬浊液中,随着O₂投加量由2.3 mmol/L增至7.0 mmol/L,180 min内?OH的产量由6.7 μmol/L增至7.5 μmol/L,但是?OH的产率由1.5%降至0.8%;随着H₂O₂的投加量由0.5 mmol/L增至10.0 mmol/L,180 min内?OH的产量由12.2 μmol/L增至70.4 μmol/L,但?OH的产率由2.4%降至0.7%. 当向上述体系中加入三聚磷酸盐(TPP)和乙二胺四乙酸钠盐(EDTA)后,?OH的产量和产率显著增加. 在河岸带地下8 m沉积物-O₂ (4.6 mmol/L)体系中,反应180 min内TCE(初始浓度为12 μmol/L)的去除率为15.5%,高于沉积物-H₂O₂ (5.0 mmol/L)体系对TCE的去除率(7.7%),然而加入1.0 mmol/L TPP后,两种体系均可以实现TCE的完全去除. 研究显示,O₂不仅稳定性好、廉价易得,而且与沉积物反应速率适中,氧化剂有效利用率与H₂O₂处于相当水平,因此有望作为一种温和的氧化剂应用于特定需求的ISCO修复.      

UV工艺降解阿特拉津机理及对DBPFP的影响规律

对不同UV光氧化工艺降解水溶液中阿特拉津（ATZ）的动力学和机理,以及对后续氯化处理过程中溶液需氯量和消毒副产物生成势（DBPFP）的影响规律与机理进行了系统研究.结果表明,ATZ在不同UV光氧化工艺中的降解均符合准一级反应动力学.ATZ在单独UV辐照工艺中的去除效率相对较低;UV/H₂O₂工艺对ATZ具有相对较高的去除效率,且其去除率随H₂O₂浓度的增大呈现出先增加后降低的变化趋势;UV/TiO₂工艺降解去除ATZ的效率较单独UV辐照和UV/H₂O₂工艺低,ATZ在UV/TiO₂工艺中的降解与溶液透光率和氧化活性物种（ROS）生成量存在直接关系;UV/H₂O₂/TiO₂工艺中,ATZ的降解速率较UV/TiO₂工艺有所提高.ATZ水溶液经不同UV光氧化工艺预处理和氯化处理后,均检出了5种消毒副产物（DBPs）,其中三氯甲烷（TCM）和三氯丙酮（TCP）为主要氯化DBPs.本研究表明,在不同UV光氧化预处理过程中,ATZ具有不同的降解路径,进而对ATZ水溶液在后续氯化过程中的DBPPF产生显著影响.     

大气中过氧化氢的生成、污染特征及其影响因素

过氧化氢(H₂O₂)是自由基的源和汇,是对流层大气中重要的氧化剂. 采用文献研究法对1990年以来H₂O₂的文献进行搜集整理,对其生成途径、污染特征及其影响因素进行了研究. 结果表明:H₂O₂在大气、云水和颗粒物中均有存在,大气中的H₂O₂主要通过O₃和甲醛光解、VOC同OH·/O₃等反应生成. 大气中φ(H₂O₂)一般在nd～8×10-9内波动,晴天φ(H₂O₂)呈早晚低、午后高的日变化特征;φ(H₂O₂)随φ(O₃)、太阳辐射和气温的增加而升高,随φ(NO_x)、φ(VOCs)和相对湿度的升高而降低;H₂O₂氧化SO₂为SO₄2-是液相化学中最重要的反应,可以导致酸沉降以及二次气溶胶浓度的升高. 在气相光化学反应中,H₂O₂/HNO₃(体积分数比)可以指示O₃生成是VOCs控制还是NO_x控制. 今后需对OH·浓度、NO₂和O₃的光解速率等影响H₂O₂关键因素开展监测研究,此外,还需对我国特殊大气环境下H₂O₂对SO₄2-生成的贡献、不同地区H₂O₂/HNO₃指示O₃生成对NO_x或VOCs敏感性等方面开展更多的研究.      

Bi5O7I/g-C3N4Z型异质结的常温沉淀制备及其光催化性能研究

以Bi（NO₃）₃·5H₂O、KI和g-C₃N₄为前驱体,采用常温沉淀法制备Bi₅O₇I/g-C₃N₄Z型异质结复合光催化剂,表征其光吸收性能、微观形貌、光生电子-空穴的分离效率等特性,研究新型光催化剂对RhB的可见光催化降解性能,探讨其可见光催化过程活性基团种类以及作用机理.结果表明：利用沉淀法合成Bi₅O₇I/g-C₃N₄的条件为：Bi（NO₃）₃·5H₂O、KI和g-C₃N₄的投加量分别为4.85g、1.66g和1.61g,乙二醇的用量为50mL,反应液的pH值为12,反应搅拌速度为200r/min,反应温度为25℃.Bi₅O₇I/g-C₃N₄异质结无杂相生成且纯度高,异质结复合发生在g-C₃N₄的（002）晶面和Bi₅O₇I的（203）晶面,但g-C₃N₄和Bi₅O₇I的化学结构未受影响.Bi₅O₇I/g-C₃N₄呈三维纳米花瓣形貌结构,为光生电子-空穴的迁移提供了大量的接触位点.Bi₅O₇I的g-C₃N₄掺杂改性使其光催化活性显著增强,其光吸收边缘由425nm红移至462nm,Bi₅O₇I/g-C₃N₄的能带排列结构与Z型异质结匹配,促进了光生电子-空穴的分离.其光电流密度（11.5mA/cm）约为g-C₃N₄和Bi₅O₇I对应值的2.66倍和1.47倍.Bi₅O₇I/g-C₃N₄对罗丹明B的可见光催化降解率为93.9%,显著高于g-C₃N₄（58%）和Bi₅O₇I（49.7%）的降解效果,其光催化氧化活性主要来自羟基基团、超氧基团和光生空穴等中间态自由基.     

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.