紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原水中Cr(Ⅵ)机理及影响因素

采用紫外活化过硫酸盐/甲酸体系所产生的还原性二氧化碳阴离子自由基(CO_2~(·-)),研究了水溶液中高浓度Cr(Ⅵ)的去除效果;使用电子自旋共振(ESR)技术,鉴定识别了体系中产生的活性自由基;分析了体系的活化机理及其对Cr(Ⅵ)的还原机制;考察了过硫酸盐投加量、初始pH、腐殖酸、无机阴离子(Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-)及初始Cr(Ⅵ)浓度等对Cr(Ⅵ)去除的影响。结果表明:紫外活化过硫酸盐/甲酸体系可以有效还原Cr(Ⅵ),当过硫酸钠与甲酸浓度分别为20 mmol·L~(-1)和40 mmol·L~(-1),未调初始pH为2.4时,初始浓度为200 mg·L~(-1)Cr(VI)在50 min内基本完全可被还原;此外,Cr(Ⅵ)还原去除率随过硫酸盐浓度升高而增强,在酸性条件下(pH=2.4),体系对Cr(Ⅵ)的还原效率最高,随着pH的增大,还原效率明显降低。进一步研究表明, Cl~-、HCO_3~-和NO_3~-对Cr(Ⅵ)的还原都存在抑制作用,在相同浓度下,其抑制程度分别为HCO_3~-NO_3~-Cl~-,腐殖酸也对Cr(Ⅵ)的去除存在抑制作用。紫外活化过硫酸盐/甲酸体系还原Cr(Ⅵ)过程符合零级反应动力学方程,其动力学常数为78.467μmol·(L·min)~(-1)。本研究结果为Cr(Ⅵ)废水的处理提供了一种高效的还原新技术。     

不同阴离子下纳米TiO_2催化臭氧化对溴酸盐生成的影响

为研究不同阴离子条件下纳米TiO_2催化臭氧化(nano-TiO_2/O_3)过程对溴酸盐(BrO_3~-)生成的影响,本研究通过小试实验分别考察了不同浓度溴离子(Br~-)、氯离子(Cl~-)、碳酸氢根离子(HCO_3~-)、硫酸根离子(SO_4~(2-))和亚硝酸根离子(NO_2~-)对纳米TiO_2催化臭氧化过程BrO_3~-生成的影响,并对不同阴离子条件下单独臭氧化(O_3)过程和nano-TiO_2/O_3过程BrO_3~-生成情况进行对比。结果表明,不同Br-初始浓度下,相对于O_3过程,纳米TiO_2对BrO_3~-生成的抑制效果规律不明显;Cl-浓度从0增至150 mg·L~(-1)时,纳米TiO_2抑制率呈现先增加后下降的趋势;HCO_3~-存在的水体,投加纳米TiO_2对BrO_3~-生成的抑制效能大大减弱;当SO_4~(2-)初始浓度为0~90 mg·L~(-1)时,相对于O_3过程,nano-TiO_2/O_3过程BrO_3~-生成量减少了22.50%~68.77%;当NO_2~-初始浓度为0~1 mg·L~(-1)时,相对于O_3过程,nano-TiO_2/O_3过程BrO_3~-生成量减少了2.22%~68.77%。     

无机阴离子对催化臭氧氧化邻苯二甲酸的影响

考察了重碳酸根离子(HCO_3~-)、磷酸根离子(PO_4~(3-))、硫酸根离子(SO_4~(2-))和硝酸根离子(NO_3~-)等自然水体中常见的无机阴离子对非均相催化臭氧氧化邻苯二甲酸(PA)的影响。结果表明,能够捕获羟基自由基(HO·)的HCO_3~-对羟基氧化铁催化臭氧氧化体系影响很大,会明显抑制该体系对PA的降解,而对氧化铈催化臭氧氧化体系基本没有影响。PO_4~(3-)和SO_4~(2-)对2个体系中PA的降解均有很大的抑制效果,而NO_3~-对此影响甚少。从这些无机阴离子的影响可以侧面证明羟基氧化铁催化臭氧氧化遵循羟基自由基机理,而氧化铈催化臭氧氧化PA主要依靠络合作用。     

VUV/UV/Cl2工艺去除饮用水中的乐果

乐果是常规饮用水处理技术难以去除的一种典型有机磷农药。为了能够控制并去除饮用水中的农药残留,达到进一步净化水质的目的,建立了降解动力学模型,采用模拟降解饮用水中乐果的方法,对比了乐果在紫外(UV)、氯(Cl2)、紫外/氯(UV/Cl2)、真空紫外/紫外(VUV/UV)和真空紫外/紫外/氯(VUV/UV/Cl2)5种工艺下的去除效果,并考察了乐果初始浓度、Cl2投加量、溶液p H、水中共存天然有机物(NOM)和无机阴离子(N O_3~-、Cl-、HCO_3~-、SO_4~(2-))对VUV/UV/Cl2工艺降解乐果的影响。结果表明:VUV/UV/Cl2对乐果的降解效率最高,乐果的去除率随其初始浓度的增加而减小;适当增加Cl2投加量,可提高乐果的降解效率;提高p H有利于乐果的降解;NOM对乐果的降解有一定的抑制作用;水中共存无机阴离子NO_3~-、Cl-和HCO_3~-可以捕获反应体系中的强氧化性羟基自由基(HO·),对乐果的降解起到抑制作用,而SO_4~(2-)因其捕获HO·的速率很低,无抑制作用。     

Fe~(3+)催化过氧化钙体系降解水中三氯乙烯

采用Fe~(3+)催化过氧化钙(CP)处理水溶液中三氯乙烯(TCE),考察了CP和Fe~(3+)投加量、地下水中常见阴离子和腐殖酸对TCE降解效果的影响。结果表明,Fe~(3+)催化CP体系可以有效降解TCE,但相同药剂投加量下效率低于Fe~(3+)催化H_2O_2体系。在TCE初始摩尔浓度为0.15mmol/L,CP和Fe~(3+)投加量分别为3.00、6.00mmol/L时,180min时TCE去除率达到了96.1%。常见阴离子Cl~-、HCO_3~-和SO_4~(2-)对TCE的降解有抑制作用,NO_3~-对TCE降解几乎无影响,而腐殖酸对TCE降解有促进作用。自由基清除实验表明TCE降解的主导自由基为HO·,Cl~-的释放效果显示HO·的氧化作用可使降解的TCE完全矿化。因此,Fe~(3+)催化CP技术适用于污染场地地下水中TCE的修复治理。     

基于硫酸根自由基的高级氧化对头孢氨苄的降解特性

采用高级氧化(advanced oxidation processes, AOPs)技术去除水体中的头孢类抗生素。选取头孢类抗生素中的典型物质头孢氨苄(CFX)为研究对象,探讨了其在UV/过硫酸盐(UV/PS)体系中的降解特性。结果表明,pH=7.0时,UV/PS体系中SO_4~-·和·OH均对CFX有降解作用,且其与CFX反应的二阶速率常数分别为(9.8±0.4)×10~9L·(mol·s)~(-1)、(1.05±0.7)×10~(10)L·(mol·s)~(-1)。PS投加量的增加可加速CFX的降解和矿化,且酸性条件可促进CFX降解。水体基质Cl~-的存在对CFX的降解起到了低浓度抑制高浓度促进的作用,HCO_3~-和自然有机质(NOM)的存在对CFX的降解稍有抑制。在实际水样中的应用研究表明,UV/PS体系可以有效降解和矿化实际地表水样(SW)和实际废水样(WW)中的CFX,具有较好的应用前景。     

磁性纳米Fe_3O_4活化过硫酸盐降解水中磺胺甲恶唑

采用共沉淀法制备了具有较高催化活性的磁性纳米Fe_3O_4,并对其催化活化过硫酸盐(PS)降解磺胺甲恶唑(SMX)的性能进行了探究,考察了PS浓度、Fe_3O_4投加量、初始pH、共存阴离子(Cl~-、CO_3~(2-)、NO_3~-)以及腐殖酸(HA)对SMX降解效果的影响。SEM、EDS、FT-IR、XRD和BET表征结果表明,实验制备了较高纯度的Fe_3O_4纳米颗粒;重复性实验结果表明,Fe_3O_4具有良好的稳定性;催化降解SMX的实验结果表明,提高PS的浓度、增加Fe_3O_4的投加量均可提高SMX的降解率,且SMX的降解反应符合拟一级动力学。当PS浓度为0.5 mmol·L~(-1)、Fe_3O_4投加量为1.2 g·L~(-1)、初始pH=7.0时,Fe_3O_4活化PS降解SMX的效果最佳,在反应180 min后,SMX降解率达到93.3%。XPS光谱分析结果表明,反应过程中Fe~(2+)主要参与了活化PS降解SMX的过程。乙醇(EtOH)和叔丁醇(TBA)自由基淬灭实验结果证明,在Fe_3O_4/PS体系中同时存在SO_4~-·和·OH,SO_4~-·对SMX的降解发挥了主导作用。以上结果为含磺胺甲恶唑废水的处理提供了催化剂选择,也可为过硫酸盐高级氧化体系中阴离子和腐殖酸对反应的影响效果提供参考。     

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。     

无烟煤去除水中亚硝酸盐氮的机理研究

近年来,随着工农业迅速发展,城市化进程加快,水体"三氮"污染逐渐成为研究热点,其中NO_2~--N的危害及毒性居首,去除饮用水中的NO_2~--N意义重大。通过对无烟煤、瓷砂和沸石3种滤料去除水中NO_2~--N的效果进行比选,结果表明,无烟煤对水中NO_2~--N的去除效果最好。无烟煤对NO_2~--N的等温吸附更符合拟二级动力学吸附过程,且能很好地用Freundlich吸附模型拟合。pH对去除效果有影响,pH在6~7的范围内去除效果最佳。在一定浓度范围内,提高NO_2~--N的初始浓度,有利于提高无烟煤对NO_2~--N的去除效果。5种无机阴离子(Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)、CO_3~(2-)和PO_4~(3-))对无烟煤去除NO_2~--N有不同程度的抑制作用:PO_4~(3-)CO_3~(2-)SO_4~(2-)NO_3~-Cl~-。HCl可以有效再生无烟煤,最佳再生浓度为0.2 mol·L~(-1)。无烟煤重复再生使用4次之后,对NO_2~--N的去除率仍然可达88%。     

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。     

抗坏血酸对三价铁/过氧化钙体系降解头孢氨苄的影响

通过添加抗坏血酸(AA)能够缓解铁离子形成沉淀和加速Fe~(3+)转化为Fe~(2+),催化CP产生活性氧物质(ROSs),对CFX降解起到促进作用。研究了Fe~(3+)/AA/CP体系降解CFX的Fe~(3+)浓度、AA浓度、CP浓度、初始pH等主要影响因素。结果表明:在Fe~(3+)浓度0.60 mmol·L~(-1)、AA浓度0.15 mmol·L~(-1)、CP浓度0.144 g·L~(-1)、CFX的初始浓度0.15 mmol·L~(-1)和初始pH=3.00的室温条件下,20 min内CFX的降解率可达到100%。随着初始pH升高,CFX的降解率随之降低。反应过程中降解CFX的活性物质为羟基自由基(HO·)和超氧自由基(O2-·),其中HO·对CFX降解起到主导作用。水中阴离子的影响表明,SO_4~(2-)、Cl~-对CFX的降解影响较小;但HCO3-对CFX的降解有明显的抑制作用。在处理成分较复杂的实际养殖废水实验中,发现只有提高药剂量才能达到有效降解实际废水中头孢氨苄的目的。     

铁电极活化过硫酸盐对金橙G的降解

研究了铁电极活化过硫酸盐(EC/PDS)产生的具有强氧化性的硫酸根自由基(SO_4~-·)对溶液中金橙G(orange G,OG)的氧化降解行为。重点考察了电流强度、PDS投加量、金橙G初始浓度、溶液初始pH值以及共存阴离子对金橙G降解速率的影响。实验结果表明:相比单独絮凝(EC)和投加过硫酸盐(PDS),EC/PDS体系能够有效地去除金橙G;金橙G的去除效率随着电流强度的增大而增大,随着PDS投加量的增大而增大,随着金橙G初始浓度增大而减小;较低的溶液pH值更利于OG的降解。水中共存阴离子对金橙G的降解存在着不同程度的抑制作用:PO_4~(3-)CO_3~(2-)Cl~-。此外,通过加入不同的淬灭剂(甲醇和叔丁醇),确定了体系中主要存在的自由基。     

非缓冲微生物燃料电池运行性能及无机碳积累

考察了不同乙酸钠浓度下非缓冲微生物燃料电池(BLMFC)的运行性能和无机碳(IC)(HCO_3~-或H_2CO_3)积累情况。结果表明:阳极液中IC的积累浓度与乙酸钠浓度呈线性相关,在乙酸钠浓度为0.5 g·L~(-1)和1.0 g·L~(-1)的BLMFC体系中,IC积累浓度分别为8.02 mmol·L-1和13.60 mmol·L~(-1),阳极液出现酸化现象,pH降低至6.2和6.5;体系输出电压(U)与阳极液pH出现相同的先下降后上升的变化趋势,体系最大功率密度(P_(max))分别为242 mW·m~(-2)和428 mW·m~(-2)。当乙酸钠浓度增大到2.0 g·L~(-1)和3.0 g·L~(-1)时,IC积累浓度增加到30.64 mmol·L~(-1)和42.42 mmol·L~(-1);乙酸盐自身的缓冲作用和体系积累的较高浓度IC可以将阳极液pH维持在7.4～8.5,输出电压稳定在350 mV左右;P_(max)增大到668 mW·m~(-2)和699 mW·m~(-2),可以实现自缓冲稳定运行。     

热活化过硫酸钾降解呋虫胺

以新烟碱类杀虫剂呋虫胺为目标污染物,以过硫酸钾为氧化剂,研究不同热活化条件下过硫酸钾对呋虫胺降解率的影响。实验结果表明:呋虫胺的降解率与溶液中过硫酸钾的浓度成正比;随着温度的升高,呋虫胺的降解率也逐渐升高;虽然中性时呋虫胺的降解率稍高于酸性和碱性时的降解率,但pH的变化对呋虫胺的降解率影响不大;Cl~-和HCO-3对反应的影响比较复杂,当溶液中的Cl~-和HCO_3~-的浓度低于5 mmol/L时,均促进呋虫胺的降解,而浓度升高时则抑制呋虫胺的降解;通过添加自由基捕获剂发现,该反应体系中同时存在·SO_4~-和·OH,但起主要作用的是·SO_4~-。     

紫外光降解硝酸盐体系中四环素

为了考察紫外光照射下四环素(tetracycline,TC)在硝酸盐(NO_3~-)体系中的降解过程,研究了初始pH、TC初始浓度、NO_3~-浓度、腐殖酸以及磷酸盐等环境因子对TC光降解的影响,利用ESR检测和自由基猝灭实验,量化分析体系中不同氧化途径对TC去除的贡献率。结果表明:TC在NO_3~-体系中的光降解受pH影响显著;腐殖酸和磷酸盐对TC的降解表现出不同程度的抑制作用;TC通过直接光解、HO·、~1O_2和O_2~(·-)氧化4种途径降解,当TC浓度为10.0 mg·L~(-1),NO_3~-浓度为1.0 mmol·L~(-1),pH为7.0时光照150 min后,不同途径的贡献率分别为60.4%、25.6%、8.9%和5.1%。结果有助于了解TC的环境化学行为,为TC治理提供参考。     

抗坏血酸强化Fe(Ⅲ)催化过碳酸钠体系降解水溶液中乙苯

采用还原剂抗坏血酸(AA)强化Fe(Ⅲ)催化过碳酸钠(SPC)体系处理水溶液中的乙苯(EB),考察SPC浓度、Fe(Ⅲ)浓度、AA浓度、溶液初始pH及无机阴离子浓度等对EB降解效果的影响,探讨AA在SPC/Fe(Ⅲ)体系中的作用,确定EB降解过程中起主导作用的自由基。结果表明,AA的存在可促进Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)循环,明显提高EB的降解效率,AA与Fe(Ⅲ)最佳摩尔比为1∶2。SPC/AA/Fe(Ⅲ)体系中EB的降解随溶液初始pH的升高而降低,溶液中存在的HCO_3~-会抑制EB的降解。化学探针实验、电子顺磁共振检测及自由基清扫实验表明,该体系中有·OH和O_2~-·产生,·OH对EB的降解起主要作用。     

UV/SO_3~(2-)体系降解水中十溴联苯醚

十溴联苯醚(BDE-209)是全球应用最广泛的溴系阻燃剂之一。它可以长时间在环境中迁移,是一种亲脂疏水、可生物积累的难降解有机污染物。研究了UV/SO_3~(2-)高级还原体系对BDE-209的降解动力学,并分别考察了SO_3~(2-)浓度、p H、BDE-209初始浓度对其降解和脱溴效能的影响。结果表明,UV/SO_3~(2-)体系在BDE-209初始浓度为0.3μmol·L~(-1)、p H为7、SO_3~(2-)为1.0 mmol·L~(-1)、反应90 min时的降解效果最佳,降解率为93.54%;SO_3~(2-)浓度越高,BDE-209的降解和脱溴效果越好;酸性条件有利于BDE-209的降解;较高的BDE-209浓度不利于体系脱溴反应的进行。BDE-209的降解过程遵循伪一级动力学规律;脱溴过程主要通过e_(aq)攻击C—Br键分步实现。     

过硫酸盐活化耦合微生物燃料电池的降解结晶紫性能

利用Fe0活化Na_2S_2O_8产生具有强氧化性的SO-4·催化降解目标物结晶紫。研究不同因素(阴极液初始pH值、S_2O_8~(2-)浓度、共存离子Cl-浓度)对Fe~0/~(-1)-微生物燃料电池(MFC)体系中结晶紫降解率及产电性能的影响。结果表明,阴极液初始pH值降低和~(-1)浓度增加有利于体系中结晶紫的降解和最大功率密度的提高,阴极液共存离子Cl~-浓度的增加会阻碍结晶紫的降解,最大功率密度随Cl-浓度增加呈现先增加后降低的趋势。综合体系中结晶紫的降解率和最大功率密度,在温度为30℃,Fe~0投加量为1 mmol·L~(-1),阴极液初始pH值为3、~(-1)浓度为2 mmol·L~(-1)时,180 min后浓度为0.16 mmol·L~(-1)的结晶紫降解率达到95.62%,最大功率密度为637.245 m W·m~(-3),内阻约为400Ω。降解过程符合一级动力学方程。     

煅烧高岭土活化过一硫酸盐去除废水中的四环素

煅烧高岭土(calcined kaolin,CK)是一种含量丰富且绿色环保的材料,因其具有催化活性高且活性位点较多的优点,故将其用以活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate,PMS)以去除四环素(tetracycline,TC)。结果表明,CK活化PMS去除TC的过程包括吸附和催化降解。溶液初始pH=6、0.5 mmol·L-~1投加量的PMS和0.2g·L-~1投加量的CK为CK活化PMS去除TC的最佳条件。Cl~-、NO_3~-、HCO_3~-的浓度在0～10 mmol·L~(-1)时对CK活化PMS去除TC体系基本没有影响,而H_2PO_4对其体系有较大的抑制作用。自由基淬灭实验结果表明,HO·是CK活化PMS去除TC体系中的主要活性基团。通过液相-质谱联用仪检测出12种产物,阐述了4条可能的降解途径。以上结果表明,CK是一种极具潜力且含量丰富的绿色催化剂,其活化PMS后可应用于净化含有机污染物废水。     

氯化亚铁活化过一硫酸盐同步去除氮磷及磷的回收

采用氯化亚铁(FeCl_2)活化过一硫酸盐(PMS)产生硫酸根自由基(SO_4~(·-))和氯自由基(Cl·),实现了水中NH_4~+、PO_4~(3-)的同步无害化去除及磷的回收。研究了Fe~(2+)/PMS/Cr体系中的反应机制,考察了PMS浓度、Fe~(2+)/Cr、溶液pH、温度、溶液共存CO_3~(2-)浓度及腐殖酸(HA)浓度等条件对反应体系的影响。结果表明:当溶液pH为4.0、PMS投加量为20 mmol·L~(-1)、Fe~(2+)/Cl~-摩尔分数为1/12时,反应30 min后,溶液中的NH_4~+去除率高达100%且以氮气(N_2)形式实现NH_4~+无害化去除;PC_4~(3-)的去除率也高达100%且以磷酸铁(FePO_4)沉淀形式被回收;随着PMS浓度、Fe~(2+)/Cl~-以及温度的升高,Fe~(2+)/PMS/Cl~-体系中,NH_4~+去除率逐渐增大,但对PO_4~(3-)的回收无明显影响;溶液中CO_3~(2-)和HA的存在对NH_4~+去除有抑制作用。通过自由基淬灭实验和ESR分析证明,SO_4~(·-)和Cl·在Fe~(2+)/PMS/Cl~-体系中起主要作用。本研究结果可为氮磷废水的处理及磷回收提供参考。