光电催化氧化体系降解苯胺类污染物的同步耦合反应机制研究

以3,4-二甲基苯胺(3,4-dimethylaniline,3,4-DMA)为苯胺类污染物的代表,通过降解贡献度分析、不同影响因素下动力学公式的建立及中间产物分析来探究其在高盐光电催化氧化体系下的同步耦合反应机制.结果表明,氯类活性物质与羟基自由基对3,4-DMA 10 min降解的贡献率分别为87.55%和7.9%,UV直接氧化、阳极直接氧化、光生空穴直接氧化的作用均可忽略.在不同的初始pH值(A)、初始氯化钠浓度(B)、电流密度(C)、光照强度(D)条件下,光电体系中的光催化与电催化反应均表现出协同效应,且电催化反应占主导.4种影响因素可通过影响氯类活性物质与羟基自由基的产生来对耦合机制产生作用.根据所得动力学公式ln(c_0/c_t)=0.0042A~(-0.2422)B~(0.3378)C~(1.4742)D~(0.2300)t,4种因素对反应体系的作用强弱顺序为:电流密度(C)初始氯化钠浓度(B)初始pH值(A)光照强度(D).基于GC/MS对中间产物的检测结果,提出3,4-DMA的两种可能降解路径:①3,4-DMA依次降解为3,4-二甲基苯酚、邻二甲苯、邻甲基苯甲酸、甲苯、苯甲醛、烷烃类物质、CO_2和H_2O;②3,4-DMA依次降解为含N联苯类物质、脂肪酸类物质、CO_2和H_2O.     

电化学氧化腐殖酸机理研究

腐殖酸是自然界植物残体经腐解后的产物,是饮用水源中的主要有机物,其含量越高,水质越差.以天然水体中广泛存在的腐殖酸为处理对象,以不溶性的RuO2-Ti、廉价的不锈钢作为阳极材料,研究了在不同槽电压、pH值条件下,2种阳极材料对腐殖酸的电解处理效果和氧化机理.结果表明,不溶性的RuO2-Ti电极材料和不锈钢电极材料对腐殖酸均具有较好的电化学降解作用,去除率分别达到30%和60%.比色法的测定结果发现,RuO2-Ti和不锈钢阳极材料在电化学降解过程中均产生了活性中间体H2O2和氧化能力极强的羟基自由基(·OH).     

MgO催化臭氧氧化降解苯酚机理研究

对氧化镁(MgO)催化臭氧氧化降解苯酚的机理进行了探讨,并验证其与现有的3种催化臭氧氧化机理的吻合性.同时,研究了羟基自由基(·OH)抑制剂对苯酚去除效果的影响,·OH的产生量,以及臭氧在该体系中的存在位置及苯酚在该体系中的作用.结果表明,O_3和MgO/O_3两种反应体系中都存在·OH,MgO/O_3体系中的·OH是O_3体系中的2.14倍.O_3和MgO/O_3体系中的·OH与臭氧浓度的比值分别为1.47×10~(-9)和3.15×10~(-9).苯酚在MgO催化臭氧氧化体系中起到了促进臭氧吸附在MgO表面的作用,臭氧吸附到MgO表面后,分解产生·OH,一部分释放在溶液中降解苯酚,一部分则留在其表面增加表面羟基密度.     

蜂窝陶瓷催化臭氧化降解水中痕量硝基苯的机理研究

实验考察了HCO3-、CO32-、HPO42-、H2PO4-和叔丁醇等羟基自由基抑制剂存在条件下,单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷氧化对水中硝基苯降解效果的影响规律,初步推测了反应机理.结果表明,2种工艺对硝基苯的去除率都随着HCO3-浓度的增加(0～200 mg·L-1)先增高再降低,在浓度为50 mg·L-1时去除率达到最大值;单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷对硝基苯的去除率随着CO32-浓度的增加(0～20 mg·L-1)分别降低了16.57%和27.52%,随着HPO42-浓度的增加(0～12 mg·L-1)分别降低了13.61%和17.52%,随着H2PO4-浓度的增加(0～120 mg·L-1)分别降低了6.61%和12.52%,随着叔丁醇浓度的增加(0～10mg·L-1)硝基苯去除率降低了30.06%和46.09%.证明单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷氧化对硝基苯的降解遵循·OH氧化机理,叔丁醇更适合作为自由基抑制剂用来推断单独臭氧氧化和臭氧/蜂窝陶瓷氧化降解硝基苯的反应机理.单独臭氧氧化对硝基苯的去除率随着pH值的升高(3.02～10.96)而增大,臭氧/蜂窝陶瓷氧化对硝基苯的去除率在pH=9.23时达到最大值.     

金属氧化物催化臭氧氧化机理研究进展

催化臭氧氧化技术是目前水处理研究的热点,其中金属氧化物是催化臭氧化最常用的催化剂之一,因价格便宜、具有良好的催化性能备受关注。由于催化反应机理复杂,臭氧分子在催化剂表面的分解产物多样,同一种催化剂的催化臭氧化机理存在争议。文章讨论了金属氧化物催化臭氧化中发现的多种机理,主要包括羟基自由基机理、超氧自由基机理、表面络合配位机理和表面氧原子机理;催化剂表面性质影响臭氧分子的分解方式,分别探讨了表面羟基和表面氧空位存在时对催化反应机理的影响,发现表面羟基和氧空位的存在可以促进臭氧分子进一步解离,在诱导臭氧分子分解中起关键作用;讨论了金属氧化物催化臭氧化机理研究的发展趋势,为实际应用提供参考。     

非均相催化湿式氧化技术处理4-氯酚

研究了以负载于活性炭上的三氯化铁为催化剂,以氧气为氧化剂的非均相催化湿式氧化体系处理4-氯酚废水工艺.通过正交实验方法,从反应温度、时间、压力、催化剂用量等方面初步考察了4-氯酚在该体系中的氧化效果.在150 ℃,0.5MPa氧气,催化剂用量为30%(摩尔分数),反应4 h,对降解过程所得的中间产物和终产物进行了分析.结果表明,该体系对4-氯酚的去除率能够达到67%,COD_Cr降低了39%.并且初步探索了将亚硝酸钠加入到三氯化铁/活性炭催化氧化体系后形成的共催化氧化体系中4-氯酚的降解效果,发现亚硝酸钠的加入对4-氯酚的去除有很大的促进作用.      

pH值对氨氮电化学氧化产物与氧化途径的影响

研究了含氨氮废水在循环流动式电解槽中的电化学氧化.讨论了pH值对氨氮电化学氧化效果、产物及其途径的影响.结果表明,在弱碱性条件下.有利于电解过程中羟基自由基和游离氯的生成.氨氮的电化学氧化速率较大.在有氯离子存在的情况下,氨氮电化学氧化过程中有氯胺生成,氯胺的组成与体系的pH值有关.当pH>9时,一氯胺占优势;当pH=7时.一氯胺和二氯胺同时存在,并且近似相等;当pH<5时,主要是二氯胺;pH值>5时,可以避免三氯化氮的生成.在电流密度为20mA/cm2时.电解产生的羟基自由基<5×10-15mol/L,氨氮电化学氧化的2种途径中间接氧化起主要作用.     

微电解接触氧化系统处理水源中2-氯酚研究

在微电解接触氧化系统中,研究了2-氯酚的降解特性和机理。在酸性溶液中,2-氯酚的降解效率比其在中性和碱性溶液的高。向其中加入活性炭,由于表面催化的作用使得2-氯酚更易降解。溶液中的溶解氧参与电极反应并促进2-氯酚的降解。降解产物有1,2-苯二酚、丙三醇、草酸和乙酸。通过对中间产物的分析,提出了2-氯酚可能的降解途径。     

水中羟基氧化铁催化臭氧分解和氧化痕量硝基苯的机理探讨

测定了木质颗粒活性炭(GAC)和负载在GAC上的羟基氧化铁(FeOOH)催化水中臭氧分解的速率常数并探讨了催化臭氧分解的途径.以水中几种氧化物表面羟基密度和表面零电荷pH值(pH_zpc)为表征氧化物表面性质的参数,考察了2个参数对催化臭氧氧化水中硝基苯的影响.GAC和负载在GAC上的FeOOH使水中臭氧一级分解速率常数分别提高了68%和108%,用叔丁醇捕获掉生成的羟基自由基后,前者的分解速率常数降低了9%,后者降低了20%.GAC在催化臭氧分解时主要起到吸附剂和还原剂的作用,FeOOH催化臭氧分解过程中促进了羟基自由基生成.氧化物表面羟基密度和催化臭氧氧化水中硝基苯的效果之间没有直接的关系,由氧化物的pH_zpc决定的表面电荷状态与催化氧化效果有关,表面接近电中性时对催化氧化硝基苯有利.高密度的表面羟基会使表面羟基之间形成较强的氢键,使催化作用减弱.     

活性炭电催化氧化技术降解废水中氯苯机理研究

采用活性炭电催化氧化技术,研究氯苯降解机理.配制质量浓度100mg/L的氯苯水溶液,在活性炭电催化反应器槽电流1.0 A,降解时间为10～120 min条件下,采用高效液相色谱仪和气-质联用仪定性分析氯苯降解产物,研究氯苯降解过程;控制降解时间30 min,在槽电流分别为0.5,1.0,2.0 A条件下,分析水样中强氧化剂·OH含量.研究结果表明,不同的时间,废水中氯苯降解生成的中间产物不同,中间产物主要有对氯苯酚、对苯二酚、对苯醌、丁烯二酸和草酸等:氯苯废水在电催化作用下,产生具有强氧化能力的·OH,其降解过程为:·OH先攻击苯环C1基团的对位,在亲电加成作用下生成对氯苯酚,C1基团再被·OH取代生成对苯二酚和对苯醌,接着被氧化开环形成有机酸类物质,最终被矿化为CO2和H2O,但有机酸矿化的过程比较缓慢.     

Fenton氧化降解2-硝基-4-甲氧基苯胺的特性和动力学特征

为探究Fenton试剂氧化降解2-N（2-硝基-4-甲氧基苯胺）的特性,通过实验室试验系统研究了初始pH、初始c（H₂O₂）、初始c（Fe2+）、初始ρ（2-N）和反应温度等因素对2-N去除率的影响以及动力学特征.结果表明:Fenton试剂氧化降解2-N效果显著,各试验组分别在初始pH为3.0、初始c（H₂O₂）为10 mmol/L、初始c（Fe2+）为1 mmol/L、初始温度为50℃、ρ（2-N）为100 mg/L时2-N的去除率相对最高,其降解过程均符合二级动力学模型;2-N去除率随温度的升高而增大,基于在不同温度下的速率常数,推导出了2-N降解的阿伦纽斯（Arrhenius Equation）经验表达式,得到Fenton氧化2-N的活化能为30.23 kJ/mol.研究显示,经Fenton氧化后,2-N分子断链开环,生成多种小分子酸,最终降解为二氧化碳和水.      

Fe(VI)/Fenton联合体系氧化降解菲的路径及机理

Fe（VI）/Fenton联合体系降解多环芳烃的效果良好,但其机理及降解路径仍需进一步被探究.采用荧光及GC-MS技术,考察弱酸条件下Fe（VI）降解菲的效果,并对比中性及碱性条件研究其氧化机理,进而分析Fe（VI）/Fenton联合体系对菲的作用机理及菲的降解路径.结果表明,弱酸条件下Fe（VI）氧化菲时,·OH参与反应较少,起氧化作用的可能为中间高价态铁.在该条件下,Fe（VI）对菲的降解效果稍差于中性及碱性,但此时Fe（VI）的高氧化性能可提高菲的矿化效果.联合氧化体系中,菲逐步被氧化、羟基化、脱碳、加氢而最终转化为CO₂和H₂O,主要的中间产物为邻苯二甲酸酯衍生物和9-芴甲醛衍生物.联合氧化体系可合理利用Fe（VI）氧化过程中产生的Fe（II）,并发挥高价态铁与·OH在氧化性能上的优势,实现对菲及产物的降解与矿化.     

HPLC法分析苯酚超声/H2O2降解机理

利用超声/H2O2协同作用生成氧化能力极强的羟基自由基(.OH)降解苯酚。确定高效液相色谱分析的适宜条件为室温,检测波长277 nm,流动相配比55/45(V甲醇/水),流速为0.5 mL/min,测得各物质的回收率在95.2%100.3%之间,证明高效液相色谱法是测定苯酚及其中间产物的一种有效的分析方法。HPLC法分析苯酚的降解过程首先是由羟基自由基攻击苯环,生成对苯二酚、邻苯二酚,然后继续羟基化,生成顺丁烯二酸,进一步氧化,最终生成二氧化碳和水。     

K2S2O8强化g-C3N4薄膜电极光电催化降解Cu(CN)32-并同步回收Cu

采用高温液相生长法制得g-C_3N_4薄膜电极并作为光阳极,以石墨毡作为阴极,建立了光电催化系统.通过对比光电催化体系、K_2S_2O_8体系以及外加K_2S_2O_8到光电催化体系,发现在光电催化系统下外加K_2S_2O_8可以有效地提高光电催化降解Cu(CN)_3~(2-)的效率,并实现了Cu在阴极上的有效回收.探究了K_2S_2O_8投加量对CN-降解率和Cu回收率的影响,发现当K_2S_2O_8浓度为1 mmol·L~(-1),偏压为1.0 V时,CN-的去除率和Cu回收率分别达到86.23%和82.11%.通过SEM、EDS和XPS分析阴阳极表面形貌,发现部分Cu+被氧化以CuO的形式存在于沉淀和阳极表面,大部分铜离子通过电化学还原作用以单质铜的形式沉积于阴极表面,铜离子有效地从体系中去除.电子顺磁共振及淬灭实验分析表明,CN-的氧化去除是硫酸根自由基(SO·-4)氧化和非自由基氧化共同作用.     

臭氧氧化降解水中磺胺嘧啶的机理研究

环境中残留的抗生素药物对生态环境的危害受到极大关注。研究了臭氧对水中磺胺嘧啶(SD)的降解,考察了溶液pH、臭氧浓度和HC O 3 - 投加量对臭氧降解SD的影响,并对其降解机理进行了分析。结果表明:初始pH、臭氧浓度及HC O 3 - 均对臭氧氧化降解SD过程造成影响,提高pH、增加臭氧浓度和HC O 3 - 投加量均能提高SD降解速率;在SD浓度为30 mg/L、初始pH为9.14、臭氧浓度为10.0 mg/L、HC O 3 - 投加量为100 mg/L时,反应30 min后SD基本被去除,120 min后SD的最终矿化率为39.44%;臭氧降解SD过程基本符合伪一级动力学模型。液相色谱-质谱分析结果显示:臭氧氧化SD过程中,生成中间产物对氨基苯磺酸(C6H7NO3S),经臭氧进一步氧化分解,最终矿化生成CO2。     

紫外驱动高级氧化法降解水体中的磷酸三苯酯

有机磷酸酯（OPEs）作为备受关注的一类新污染物,已对偏远的南极地区水环境引发了中等风险.磷酸三苯酯（TPHP）是水体中常见的OPEs,已被证实具有毒性效应、生物富集和放大效应,对环境和人体健康威胁较大.利用傅里叶红外光谱仪（FT-IR）和液相色谱-串联质谱联用仪（LC-MS/MS）探究TPHP在紫外-过氧化氢（UV-H₂ O₂）、紫外-二氧化钛（UV-TiO₂）和紫外-过硫酸盐（UV-PS）这3种高级氧化体系（UV-AOPs）中的降解过程,创新性地利用FT-IR实现了TPHP降解过程中红外特征峰变化的在线观测,并对其降解反应动力学、光降解产物和降解路径进行了分析.结果表明,TPHP在UV-H₂ O₂、UV-TiO₂和UV-PS体系下均能得到有效降解,其光降解半衰期分别为74、150和89 min.其中,UV-H₂ O₂体系对TPHP的降解效果最好.TPHP在3种体系下的降解反应均符合一级动力学.当H₂ O₂浓度为0~0.097 mol ·L^-1时,H₂ O₂浓度升高会促进TPHP降解;当TiO₂浓度为0~0.013 mol ·L^-1时,TiO₂浓度升高会促进TPHP降解.TPHP的光降解路径主要是P—O—C键断裂、苯环结构的C—H键断裂和水解反应.利用UV-H₂ O₂体系对成都市环境水体中OPEs进行降解实验,发现对公园景观水体的水样进行降解反应60 min时,TPHP的去除率为66%.     

预处理方式对氧化-还原联合技术修复硝基苯污染地下水的影响

为了探究氧化与还原预处理对氧化-还原联合技术修复硝基苯污染地下水的影响,选取2,4-DNT（2,4-二硝基甲苯）为研究对象,构建过硫酸盐/铁炭修复技术体系,分别设置2个试验槽,一个试验槽以过硫酸盐作为氧化预处理联合以铁炭作为还原后处理,另一个试验槽以铁炭作为还原预处理联合以过硫酸盐作为氧化后处理,对比研究构建的氧化-还原联合系统中不同氧化与还原预处理方式对2,4-DNT去除机制的影响.结果表明:①过硫酸盐氧化材料填充位置显著影响试验槽pH和ORP（氧化还原电位）的变化,在运行周期5 PV（PV为孔隙体积,1 PV时间约为4 h）内,pH可显著增至11左右,ORP值达到最高.②在运行周期5 PV内,氧化填充层S₂O₈2-浓度和还原填充层Fe2+浓度均显著降低.③在运行周期5 PV内,随运行周期的增加,以过硫酸盐作为氧化预处理联合以铁炭作为还原后处理的协同技术体系对2,4-DNT的去除效果显著降低,以铁炭作为还原预处理联合以过硫酸盐作为氧化后处理的协同技术体系对2,4-DNT的去除率维持在100%.④通过液相-质谱联用技术,识别构建的氧化-还原联合技术体系内2,4-DNT降解的主要中间产物,同时结合铁炭微电解还原机制和过硫酸盐氧化机制提出了2,4-DNT协同处理机制及其可能的降解路径.研究显示,还原预处理更有利于氧化-还原联合技术对地下水中2,4-DNT的去除,可为有效处理硝基苯化合物污染地下水提供理论支撑.      

金属氧化物-Laponite黏土复合材料负载氧化钴催化剂的制备及对苯的催化消除性能

以多核羟基阳离子或简单金属阳离子为前驱体,合成了Al、Ce和Zr等金属氧化物-Laponite黏土复合材料,以之为载体负载制备Co3O4催化剂.结果表明,与原黏土Laponite相比,复合处理后材料的孔隙变得发达,孔体积增加,Al和Ce的氧化物复合的Laponite黏土材料的孔体积超过0.75 cm3·g-1;负载Co3O4催化剂后没有改变等温线的类型,但随着负载量的增加,材料对氮气的吸附量逐渐减少,表明Co3O4填充了部分孔道,导致孔体积的减小.复合的金属元素类型对负载型的Co催化剂的分散度和催化活性都有影响.结果表明,根据(311)衍射的半峰宽,使用Scherrer方程计算得到Co负载量为21.3%的Fe、Zr、Ce、Al氧化物复合Laponite黏土材料催化剂上,Co3O4颗粒的平均粒径分别为17.2、16.0、16.5和18.0 nm;对于氧化铝复合的Laponite黏土材料而言,21.3%的Co负载量比较合适,苯的完全转化温度约为350℃;不同金属氧化物与Laponite黏土复合的载体催化剂中,氧化锆的活性最好,能在310℃实现苯的完全转化.     

辉光放电电解等离子体降解水体中的罗丹明B

用辉光放电电解等离子体(GDEP)对模拟染料废水罗丹明B(RhB)的降解过程进行了研究.通过发射光谱法测定了GDEP产生的活性粒子,采用紫外光谱分析了放电电压、溶液浓度、pH、Fe~(2+)等对RhB脱色率的影响,并用电导率仪和酸度计测定了降解过程中溶液的电导率和pH的变化,同时结合红外光谱粗略探讨了降解机理.结果表明,在最佳电压为600 V和放电60 min时,200 m L 20 mg·L~(-1)RhB的脱色率可达95.4%,降解过程符合动力学准一级反应;降解过程中溶液的电导率先增大后减小,溶液的pH呈现先减小后增大的趋势,说明在放电过程中产生了大量带电离子及酸性中间产物;加入0.03 mmol的Fe~(2+)对RhB的降解有催化作用,在pH=3.19条件下,放电5 min可使RhB的脱色率达到98.3%;羟基自由基(·OH)对RhB的降解起关键作用.