磁性还原氧化石墨烯负载Fe~0对罗丹明B的类芬顿降解

合成了磁性还原氧化石墨烯负载零价纳米铁材料(Fe~0-MF-RGO),并在双氧水(H_2O_2)的作用下构成类芬顿试剂用于对罗丹明B(Rh B)的吸附-催化降解。通过正交实验研究了pH值、Fe~0-MF-RGO用量、Rh B初始浓度、温度和H_2O_2浓度5个影响因素。在15℃、pH值为7.0、Fe~0-MF-RGO投加量1.0 g·L~(-1)、Rh B初始浓度为50 mg·L~(-1)以及H_2O_2浓度为0.8 mmol·L~(-1)的条件下,150 min后模拟废水中Rh B的去除率达到98.17%,经5次循环使用后去除率为72.97%。     

基于响应曲面法优化H_2O_2/Fe~(3+)脱除烧结烟气中的Hg~0

烧结烟气中重金属汞的含量较高,湿法氧化脱除零价汞(Hg~0)是当前最受关注的技术之一,但该氧化脱除技术的操作条件仍需优化。为此,以响应曲面法对H_2O_2/Fe~(3+)氧化脱除Hg~0进行了研究和优化。首先参照单因素实验结果,利用Box-Behnken设计(BBD)的3因素3水平实验研究了溶液温度、H_2O_2浓度和Fe~(3+)浓度3个条件的交互作用并进行分析和优化,发现以H_2O_2/Fe~(3+)氧化脱除Hg~0的最佳条件为溶液温度41.78℃、H_2O_2浓度0.55mol·L~(-1)和Fe~(3+)浓度0.007mol·L~(-1),在此最佳条件下Hg~0的脱除效率可高达87.28%。最后,在该条件下进行了验证研究,实验结果表明最优条件下Hg~0的脱除效率为87.93%±0.87%,与模型预测值基本吻合,表明基于响应曲面分析法所得出的最佳工艺参数准确可靠,对利用H_2O_2/Fe~(3+)脱除钢铁行业烧结烟气中Hg~0的条件优化具有较好的指导作用。     

微波-均相Fenton法深度处理工业聚集型村镇复合废水

为了提高工业聚集型村镇复合废水处理效率,对微波-均相Fenton技术进行了研究。基于Box-Behnken响应曲面法,重点考察了初始pH值、H_2O_2/Fe~(2+)摩尔比、H_2O_2投加量、微波功率及微波辐射时间的单独及交互作用;建立以COD去除率为响应值的二次响应曲面模型并采用方差分析进行验证。结果表明,影响因子显著性排序为:初始pH值H_2O_2投加量微波辐射功率H_2O_2/Fe~(2+)摩尔比微波辐射时间;其中初始pH和H_2O_2投加量之间交互作用显著;所建数学模型回归性较好,最优组合条件为:初始pH值3.43,H_2O_2投加量19.2 mmol·L~(-1),H_2O_2/Fe~(2+)摩尔比39.42,微波辐射功率597.55 W,微波辐射时间5.12 min,该条件下COD实际去除率为95.3%,与模型预测结果相比偏差为4.7%。采用微波-均相Fenton法深度处理工业聚集型村镇复合废水,出水COD值完全满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)一级排放标准COD≤100 mg·L~(-1)。     

超声波-空气体系对溶液中五氯酚的降解

以五氯酚(PCP)为目标污染物,研究了超声波-空气体系对PCP降解的可行性和降解特性。溶液温度和初始pH对五氯酚吹脱作用实验表明,在弱酸性和碱性条件下空气对五氯酚基本无吹脱作用;空气流量、初始pH、温度、反应物浓度等因素对超声波-空气体系降解五氯酚的影响实验表明,当空气流量为25 m L·min~(-1),pH=5时,去除效果最优,低温、低浓度有利于五氯酚降解;考察了5种常见金属离子对强化降解五氯酚的影响,其强化作用顺序依次为Fe~(2+)Cu~(2+)Al~(3+)Zn~(2+)CKMg~(2+)(CK为空白),Fe~(2+)与体系之间存在协同效应;降解机理研究表明,体系对五氯酚的降解以自由基氧化作用为主,H_2O_2氧化为辅,空气的加入能明显促进H_2O_2的产生,加入Fe~(2+)后,H_2O_2与之反应生成·OH,导致H_2O_2含量急剧减少。     

原位生产芬顿试剂处理石油采出水

为了降低石油采出水毒性,提高其可生化性,对阴极电芬顿反应器通过电极即时产生芬顿试剂处理石油采出水进行了研究。通过实验研究分析各因素对电芬顿体系原位生产芬顿试剂效果的影响。结果表明,阴极电芬顿法处理石油采出水的体系中,在反应条件为Fe~(2+)投加量1 mmol·L~(-1),pH值3,电解质浓度5 g·L~(-1),曝气强度1 L·min-1时,阴阳两极原位生产芬顿试剂的效果最好,此时阳极自产Fe~(2+)的浓度为46.2 mg·L~(-1),阴极自产H_2O_2的浓度为6.02 mg·L~(-1),此时对石油采出水COD的去除率达到78.4%,油脂的去除率达到89.6%。     

Fenton氧化剩余污泥过程重金属迁移及其形态变化

采用Fenton氧化处理含重金属剩余污泥,通过BCR法测定并分析了污泥处理过程各重金属形态的变化,重点考察了pH、H_2O_2投加量、H_2O_2/Fe~(2+)比、温度(T)和反应时间(t)5个因素对重金属迁移及形态变化的影响。结果表明,利用Fenton氧化处理剩余污泥,污泥重金属形态变化显著,且受到初始pH、H_2O_2投加量、H_2O_2/Fe~(2+)比和温度的影响,但反应时间的影响较小。正交实验结果显示,Fenton氧化处理污泥的最佳条件为:初始pH1、H_2O_2投加量12 g·L~(-1)、H_2O_2/Fe~(2+)比10和温度50℃,此时污泥Cu、Mn和Zn 3种重金属的弱酸溶解态含量达到最高值,分别为72.66%、90.12%和87.51%。在最佳条件时,污泥上清液中Cu、Mn和Zn含量可分别从0.08、0.263和0.01 mg·L~(-1)增加到15.08、17.49、32.74 mg·L~(-1)。研究表明,Fenton氧化污泥过程提高了污泥中弱酸溶解态重金属含量,利于重金属从固相向液相转移,从而有效降低污泥饼中重金属含量,有利于污泥脱水后的进一步处理及其资源化。     

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。     

Fenton氧化法深度处理纤维素乙醇废水

采用Fenton氧化法深度处理经生化降解后的纤维素乙醇废水,考察了初始pH值、Fe~(2+)与H_2O_2的投加比例(物质的量之比)、H_2O_2投加量与COD的比例(质量之比)以及反应时间对COD和浊度去除的影响,并通过正交实验确定了反应的最佳条件。研究表明:初始pH值、Fe~(2+)/H_2O_2、H_2O_2/COD以及反应时间对深度处理效果有不同程度的影响;在初始pH值为3.0、Fe~(2+)/H_2O_2为2∶3、H_2O_2/COD为2.8、反应时间为3 h的最佳反应条件下,出水COD为45~56 mg·L~(-1),浊度为2~3 NTU,达到了纤维素乙醇废水的排放标准。     

利用Fe~0和Fe~(2+)在皂素废水中生成绿锈去除硫酸根

皂素废水中高浓度的SO_4~(2-)对环境危害大,厌氧环境下同时投加Fe~0和Fe~(2+)生成硫酸盐绿锈增强SO_4~(2-)的去除,实验研究了各因素对去除SO_4~(2-)的影响。结果表明,降低初始p H能快速提升SO_4~(2-)的去除率,25~35℃范围内提高温度有利于SO_4~(2-)的去除,Fe~(2+)浓度对去除效果影响显著,随着Fe~(2+)浓度的增加,SO_4~(2-)去除率快速上升。初始pH为2、温度为25℃的条件下,10 g·L~(-1)的Fe~0和1 000 mg·L~(-1)的Fe~(2+)能去除93.1%初始浓度为1 000 mg·L~(-1)的SO_4~(2-)。XRD和SEM表征结果显示,去除过程中铁粉表面有疏松多孔结构的Fe_3O_4生成,有利于SO_4~(2-)与Fe~0接触反应,促进硫酸盐绿锈的生成,进一步增强SO_4~(2-)的去除。动力学分析显示,去除过程拟合伪二级动力学模型,吸附SO_4~(2-)的过程以单分子层吸附为主。     

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。     

UV/Fenton法处理EDTA-Cu-Ni络合废水

为了探索络合态重金属废水的处理方法,采用UV/Fenton氧化技术处理EDTA-Cu-Ni模拟废水,主要研究了Fe~(2+)投加量、H_2O_2投加量、初始pH和UV光照时间等因素对COD、Cu~(2+)和Ni~(2+)去除效果的影响及机理。结果表明,随着Fe~(2+)和H_2O_2投加量以及初始pH的升高,COD、Ni~(2+)的去除率先升后降,Cu~(2+)的去除率则在升高后趋于稳定;随着UV光照时间的增加,COD、Cu~(2+)、Ni~(2+)去除效率均呈上升趋势并逐渐达到平衡。结合成本和效率考虑,得出最佳处理条件为:Fe~(2+)投加量为10 mmol·L-1,H_2O_2投药量为600 mmol·L~(-1),反应初始pH为3.0,UV光照时间为120 min。在UV/Fenton体系中,UV光照能增强Fenton反应的去除效率,异丙醇对反应的抑制说明羟基自由基在处理过程中是重要的活性物种。     

活化过硫酸钠氧化修复有机氯农药污染土壤

分别采用H_2O_2、Fe~(2+)、Fe~(2+)/H_2O_23种药剂活化过硫酸钠,组成复合氧化剂体系,用于降解土壤中的α-六六六,探究pH和不同氧化剂组合对α-六六六降解效果的影响。结果表明,Fe~(2+)/H_2O_2/Na_2S_2O_8较Fe~(2+)/Na_2S_2O_8及H_2O_2/Na_2S_2O_8组合体系对土壤中α-六六六的降解效果更好;当Fe~(2+)/H_2O_2/Na_2S_2O_8的摩尔比为2/10/10,pH为7时,α-六六六的降解率可达86.1%。以乙醇和硝基苯作为分子探针,利用分子探针竞争实验鉴定Fe~(2+)/H_2O_2/Na_2S_2O_8组合体系中产生的SO4·和·OH,发现该体系中同时存在SO·4·和·OH自由基。     

鼓泡式UV-Fenton法处理二甲苯废气

采用UV-Fenton法在自制鼓泡反应装置中处理二甲苯废气,考察了pH值、H_2O_2投加量、Fe~(2+)浓度和气体停留时间等操作条件对二甲苯废气处理效果的影响,并分析了UV与Fenton技术的协同效应。研究表明,pH、停留时间(EBRT)、双氧水投加量及气液接触效率对二甲苯去除效果影响显著,少量批次投加双氧水可以显著提高其利用效率。UV-Fenton体系的最佳反应条件为:pH=3,H_2O_2每隔半小时投加一次且投加量为0.01%·次-1,Fe~(2+)浓度为40 mg·L~(-1),EBRT为55 s,紫外波长为254 nm。UV和Fenton在反应过程存在较强的协同效应,协同因子达到81%以上。     

以泡沫镍为阴极的电芬顿法对苯酚的降解

电芬顿是一种高级氧化技术,其中电极材料对其处理效果有较为明显的影响。为提高电芬顿系统处理效率,选用泡沫镍电极作为阴极,以H_2O_2浓度为指标,探究了操作条件(p H、电流密度、曝气速率、电极间距)对其催化产H_2O_2性能的影响,并利用苯酚作为模拟污染物研究降解效果。实验结果表明,泡沫镍具备优异的阴极性能,其最佳工作条件为:p H=3,电流密度i=3 m A/cm~2,曝气量10 L/h,电极间距3 cm,在此条件下反应60 min后H_2O_2浓度可达45 mg/L。使用泡沫镍作为阴极降解苯酚废水,研究了Fe~(2+)投加量对去除率的影响。在最佳Fe~(2+)量(40 mg/L)下,反应2 h后苯酚及COD去除率分别达到95%和80%。其降解反应符合准一级动力学方程,表观反应速率常数最大可达5.0×10~(-4)s~(-1)。     

典型化学条件对Fe~(2+)促进消化污泥凝聚性能的影响

以消化污泥为研究对象,研究了Fe~(2+)浓度、pH和离子强度等因素对Fe~(2+)促进消化污泥凝聚性能的影响,采用扩展的DLVO理论(EDLVO)探讨了污泥絮体凝聚过程中结合能的变化特征,并对典型条件下各层胞外聚合物(EPS)的三维荧光谱图(EEM)进行了分析。结果表明:Fe~(2+)促进消化污泥凝聚的最佳化学条件为Fe~(2+)浓度50 mmol·L~(-1),pH=7.57(原始值),离子强度0.01 mol·L~(-1)。在最佳Fe~(2+)浓度或pH下,Fe~(2+)促进污泥凝聚的主要作用为:增大Zeta电位、提高絮体粒径和密实程度、增强疏水性和降低污泥絮体间的能垒;在最佳离子强度下,提高絮体粒径和密实程度是促进污泥凝聚的主要作用;离子强度的增加并未降低污泥位能曲线的能垒。EEM证明,Fe~(2+)主要与污泥EPS中slime层结合以促进污泥凝聚,主要结合物为蛋白质A、可见富里酸和紫外富里酸。     

UV/H_2O_2工艺降解典型消炎药布洛芬影响因素和降解机理

布洛芬是一种典型药物和个人护理用品(PPCPs),大量生产和广泛使用给环境带来了一定危害。基于响应面方法,采用UV/H_2O_2工艺降解布洛芬(IB),对降解过程中的影响因素(光强、H_2O_2投加量、初始IB浓度)进行了探讨,构建响应面模型。优化的最佳反应条件为:H_2O_2投加量0.10 mol·L~(-1)、初始IB浓度5.00 mg·L~(-1)、UV光强1 400μW·cm~(-2),预测和实验IB以及反应动力学速率常数接近,说明响应面模型能够有效描述UV/H_2O_2降解反应过程。同时用离子阱质谱仪鉴定出IB羟基加成物、4-乙基苯酚、对异丁基苯甲酸等降解中间产物,其中IB羟基加成物的细胞毒性大于IB本身,最后提出降解机理。本研究为UV/H_2O_2工艺降解典型消炎药类污染物提供技术参考。     

活性炭协同Fe~(2+)催化H_2O_2氧化处理染料废水及其表面附着污染物对催化活性的影响

采用动态连续处理装置研究颗粒活性炭(GAC)催化H_2O_2氧化活性红X-3B染料(RRX-3B)的效能以及GAC表面吸附污染物对催化性能的影响,考察GAC与Fe~(2+)协同催化作用。研究结果表明:RRX-3B的处理效果随着流速的增加而逐渐降低;新GAC/H_2O_2体系降解效果优于单独GAC吸附与单独H_2O_2氧化,GAC重复使用存在部分失活现象使其脱色率和COD去除率下降,且表面预先吸附污染物的GAC在重复使用过程中下降更为明显;固定H_2O_2投加量为5 mmol·L~(-1),按n(Fe~(2+)):n(H_2O_2)为1:20投加Fe~(2+),GAC与Fe~(2+)联合体系能持续有效使RRX-3B氧化脱色,重复使用4次后脱色率仍可达99.65%,GAC和Fe~(2+)之间存在协同催化H_2O_2降解RRX-3B的作用。GAC表面附着的Fe~(2+)能够加强催化作用,且有效延长其使用寿命。     

微波-Fenton高级氧化工艺降解水中BPA

以提高目标物的降解效果和投加药剂利用率、缩短反应时间及节约处理成本为目的,探讨4种不同光助-Fenton氧化工艺对环境内分泌干扰物双酚A(BPA)的降解效果。以BPA的去除率和反应速率作为评价指标,采用紫外分光光度计、TOC测定仪及分子荧光光度计分别对BPA的去除率、反应体系的矿化度和·OH的生成量进行研究。确定了微波-Fenton氧化工艺降解水中BPA的效果最佳,并深入研究pH值、H_2O_2投加量、n(H_2O_2)/n(Fe2+)、微波反应功率及时间对微波-Fenton氧化工艺的影响。结果表明:pH=3,n(H_2O_2)/n(Fe2+)为20,H_2O_2浓度为2 mmol·L~(~(-1)),反应时间为5 min,反应功率为300 W的条件下,BPA初始浓度为100 mg·L~(~(-1))时其去除率最高达99.67%,矿化度达53%;pH值在2~6范围内对BPA均有降解效果,铁泥量也有一定的减少。为微波-Fenton氧化工艺的实际应用奠定了理论基础,并且提供了技术支持。     

Fe~0-C微电解去除地下水中2,4-DNT的影响因素

采用批实验研究初始pH值、溶解氧(DO)和地下水中常见的阴、阳离子等因素对Fe~0-C微电解对地下水中2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)去除率的影响,并分析Fe~0-C降解2,4-DNT的产物。结果表明,在pH=7,DO=0.23 mg·L~(-1)的条件下,Fe~0-C去除溶液中2,4-DNT有明显的效果,反应200 min时,去除率达到83.09%,比Fe~0和C的去除率提高了74.56%和9.89%;酸性条件下有利于2,4-DNT去除,初始pH=5的条件下,溶液中2,4-DNT的去除率为82%,而初始pH=10时,2,4-DNT的去除率分别为64%;反应体系中含有较高浓度的溶解氧有利于2,4-DNT的去除,在DO=9.26 mg·L~(-1)条件下,2,4-DNT的去除率比DO=0.23 mg·L~(-1)时提高了9.5%;地下水中一定浓度的阴(Cl-、SO_4~(2-))、阳离子(Ca~(2+)、Mg~(2+)、Na~+、K~+)可以提高2,4-DNT的去除率,提高率小于10%。反应过程中2,4-DNT降解的产物包括2-氨基-4-硝基甲苯(2A4 NT)、4-氨基-2-硝基甲苯(4A2 NT)和2,4-二氨基甲苯(2,4-DAT)。     

O_3/H_2O_2体系降解水中青霉素G的效能及其降解机理

为探讨O_3/H_2O_2体系降解水中青霉素G(PCN)的效能及其降解机理,分别考察了在降解过程中pH、O_3投加量和H_2O_2投加量对PCN和COD去除效果的影响,通过实验数据得出了PCN降解动力学方程;并采用傅里叶红外光谱和液相色谱-质谱联用分析探讨了PCN在O_3氧化过程中的中间产物变化及其降解规律。结果表明:在初始ρ(PCN)为25 mg·L~(-1)、pH=10、O_3投加量为1.48_(g·)L~(-1)、H_2O_2投加量为7.84 mmol·L~(-1)、温度为20℃的条件下,反应10 min后PCN可全部被降解,反应3h后COD的去除率达到71.9%;O_3的反应级数为0.697 3,在降解过程中,O_3初始浓度对反应速率的影响最大;反应活化能为E_a=27.59 kJ·mol~(-1)该反应活化能较低,说明此反应容易发生;经氧化降解后,PCN的抑菌结构被破坏,并且产物中可能含有羧酸类和胺类化合物。以上研究结果对解决水体中PCN污染问题具有参考价值。