MnFe2O4@HTC活化过硫酸盐体系除藻效能与机制

采用水热法和共沉淀法将MnFe₂O₄负载在水热炭（HTC）表面制备磁性MnFe₂O₄@HTC复合催化剂.采用SEM、XRD、BET、FTIR、XPS对催化剂进行表征,通过考察MnFe₂O₄/HTC负载比、过硫酸钠（PS）投加量、初始pH和不同化学体系对除藻效果的影响,探究无供氧条件下MnFe₂O₄@HTC活化PS体系除藻的效能.基于自由基屏蔽实验和XPS分析对MnFe₂O₄@HTC活化PS体系反应机制进行研究验证.结果表明,当初始藻浓度为1.4×10⁹个·L^-1（OD₆₈₀=0.14）,催化剂投加量为0.2 g·L^-1,PS投加量为0.4 g·L^-1,pH为6时,降解30 min,该体系除藻率可达到99%.在该体系中,MnFe₂O₄@HTC材料可将藻细胞吸附在材料表面,通过Mn、Fe的价态循环和HTC的协同效应反应催化PS产生空穴、¹O₂、·O₂^-、SO₄^-·和·OH多种氧化物质,使藻细胞破裂死亡.     

超声/K2S2O8体系降解左氧氟沙星过程中活性自由基产生机制

以左氧氟沙星水溶液为实验材料,比较了超声、K₂S₂O₈和超声/K₂S₂O₈ 3种体系对左氧氟沙星的去除效果,并通过K₂S₂O₈浓度、超声功率、pH值及添加异丙醇或叔丁醇的对照实验,分析了超声/K₂S₂O₈体系去除左氧氟沙星过程中活性自由基产生机制及变化规律.结果表明：在左氧氟沙星浓度30 mg·L^-1、过硫酸盐浓度20 mmol·L^-1、超声功率360 W、pH=9的条件下,反应180 min,超声/K₂S₂O₈体系中左氧氟沙星的去除率达到90%,超声体系为13.89%,K₂S₂O₈体系只有5.82%;超声/K₂S₂O₈体系存在协同作用,产生了更多的SO₄^-·和·OH;超声/K₂S₂O₈体系中·OH的产生有超声和链式反应两种途径,其中,链式反应的贡献较大,K₂S₂O₈的存在是·OH产生的必要条件,链式反应在自由基浓度较高条件下会发生猝灭,K₂S₂O₈浓度对SO₄^-·的产生有重要影响,但K₂S₂O₈浓度过高对SO₄^-·的产生无益;超声/K₂S₂O₈体系降解左氧氟沙星过程中SO₄^-·与·OH是通过链式反应共同增减的,·OH在反应中占主导地位;反应初期·OH作用较大,随反应时间延长逐渐减小,SO₄^-·作用在反应初期较小,随着反应进行作用逐渐增大.     

亚硫酸氢盐强化微量Fe2+活化过二硫酸盐降解扑热息痛

Fe²⁺可激活过二硫酸盐（PDS）快速产生硫酸根自由基（SO₄^-·），但Fe²⁺会快速转化为低活性的Fe³⁺，且Fe²⁺的投加量普遍较大，限制了该体系的广泛应用.采用亚硫酸氢盐（BS）强化微量Fe²⁺-PDS体系降解水中的扑热息痛（APAP）.结果表明，投加BS可促进Fe²⁺-Fe³⁺的循环，明显改善Fe²⁺-PDS体系对APAP的降解效果，在最优条件下（PDS=0.6 mmol·L^-1；BS=0.4 mmol·L^-1；Fe²⁺=10 μmol·L^-1；pH=4）下，APAP （4 μmol·L^-1）可在180 s内被完全降解.同时，APAP的降解速率随BS （0~0.6 mmol·L^-1）和PDS （0.2~1.5 mmol·L^-1）浓度的增大而升高，适量提高Fe²⁺浓度可促进APAP的降解，但增加BS的投加次数对降解速率影响不大.HCO₃^-与HPO₄^2-明显抑制了体系降解APAP的效率，Cl^-和NO₃^-有轻微抑制作用，腐殖酸（HA）则影响不大.通过淬灭实验和电子顺磁共振波谱检测，证实了体系中SO₄^-·、·OH和单线态氧的产生，其中SO₄^-·是降解APAP的主要活性物种.利用三维荧光光谱技术对APAP降解过程进行了表征，表明APAP降解产物具有荧光特性.此外，还鉴定出5种中间产物，并提出了3种可能的降解途径.体系在实际水体中的效能低于超纯水中的表现，但延长反应时间可明显增强降解效果，表明BS-Fe²⁺-PDS体系是一种有前景的有机污染物降解方法.     

ZnMnxCo2-xO4活化过一硫酸盐降解有机污染物

分别以Zn（CH₃COO）₂·2H₂O、Mn（CH₃COO）₃·2H₂O和Co（CH₃COO）₂·4H₂O为锌源、锰源和钴源,采用溶胶-凝胶自燃烧法成功制备了ZnMn_xCo_2-xO₄（x=0~2）复合物,并用X射线衍射和X射线光电子能谱对其进行表征.同时,还研究了Mn/Co物质的量比、催化剂用量及PMS用量对目标污染物降解的影响.结果表明,该复合物可催化活化过一硫酸钾（PMS）降解有机污染物,当催化剂中x=0.8,催化剂投加量为0.2 g·L^-1,PMS用量为0.4 mmol·L^-1（0.25 g·L^-1）时,20 μmol·L^-1（10 mg·L^-1）罗丹明B（RhB）可在15 min内完全降解.ZnMn_0.8Co_1.2O₄的高催化活性主要归功于Mn³⁺和Co²⁺的协同效应.将ZnMn_xCo_2-xO₄-PMS体系用于亚甲基蓝、结晶紫、金橙、双酚A、4-氯酚等其他污染物的降解,也取得了较好的效果.基于电子自旋共振ESR和自由基猝灭实验的结果,可以推测该反应体系中活性物种为硫酸根自由基和羟基自由基.     

氮掺杂石墨碳包埋Fe0复合材料的制备及活化过硫酸盐性能研究

采用"水热+热解"两步法制备介孔碳复合零价铁材料（Fe@HC）作为过硫酸盐（PS）活化剂，生成强氧化的活性物质，进而降解偶氮类染料活性黑5（RB5）.同时，采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、比表面测试仪（BET）和X射线光电子能谱仪（XPS）对制备的复合材料进行表征，并考察了Fe@HC投加量、PS投加量、pH值及阴离子对活化PS去除RB5的影响.结果表明，采用"水热+热解"两步法成功制备了Fe@HC，其比表面积为280.7 m²·g^-1，平均孔径约为5.1 nm，BJH吸附累积总孔体积为0.284 cm³·g^-1.相对于单独的Fe@HC和PS，Fe@HC和PS共同存在可高效地去除RB5，脱色率为99.24%，且萘环破坏效率也达到了61.76%.RB5整体去除效果随Fe@HC、PS投加量的增大而提升，Fe@HC/PS体系在pH=3~11范围内对RB5的萘环破坏效率及脱色效率始终高于62%及86%，Cl^-和SO₄^2-对去除效率的影响较小，Fe@HC展示出良好的环境抗干扰能力.Fe@HC活化PS去除RB5的机理主要是体系中¹O₂的氧化降解作用.Fe@HC循环再生性能好.     

紫外活化过硫酸盐降解磷酸氯喹

以抗新型冠状肺炎药物——磷酸氯喹（CQP）为研究对象,考察其在紫外活化过硫酸盐体系（UV/PS）中的降解效果.通过竞争动力学实验,确定了CQP与羟基自由基（HO·）和硫酸根自由基（SO₄^-·）的二级反应速率常数,同时考察了PS浓度、pH和常见无机阴离子对UV/PS体系中CQP降解的影响,并通过建立动力学模型预测CQP浓度和主要自由基浓度以探究其影响机制.结果表明,UV/PS体系对CQP的降解效果显著优于单一UV、单一太阳光或单一PS体系,在10 min内可降解91.3%的CQP;在pH为6.9的条件下,CQP与HO·和SO₄^-·的二级反应速率常数分别为8.9×10⁹ L·（mol·s）^-1和1.4×10¹⁰ L·（mol·s）^-1,其中SO₄^-·是主要活性物种;CQP的降解速率随PS浓度增加而增大,HCO₃^-和Cl^-的加入对UV/PS体系中CQP的去除起到抑制作用,碱性较强的条件不利于CQP的转化.经LC-MS分析,发现CQP在UV/PS体系中主要经过N-脱乙基化、C—N键断裂和抽氢等反应被逐步降解为其他有机中间产物.加大PS浓度和pH可提高其矿化率.此研究可为抗新冠肺炎医药废水的处理提供帮助.     

铁改性掺氮碳纤维活化过一硫酸盐降解双酚A

通过静电纺丝制备了Fe和N掺杂改性的碳纳米纤维（Fe-N-CNF）,研究了该催化剂活化过一硫酸盐（PMS）降解双酚A（BPA）的性能.以聚丙烯腈为前驱体通过添加FeCl₃、尿素、NH₄Cl、均苯四甲酸二酐等配制溶胶进行静电纺丝,预氧化并高温碳化后获得Fe-N-CNF,研究了Fe-N-CNF投加量、PMS投加量、溶液初始pH对BPA降解效果的影响.结果表明,当Fe-N-CNF投加量为1 g·L^-1,PMS投加量为2 mmol·L^-1,初始pH为5时,30 min内对初始浓度为20 mg·L^-1 BPA的降解率可达100%.自由基淬灭实验和电子自旋共振波谱（ESR）分析证明,该体系中起主要作用的活性氧物种是O₂^·-和¹O₂.同时研究了Fe-N-CNF/PMS体系对多种有机污染物的降解效果.     

污泥生物炭活化过一硫酸盐降解环丙沙星

以脱水干化污泥为原料,经450℃热解制成污泥生物炭（BC）,活化过一硫酸盐（PMS）,构建BC/PMS体系,降解环丙沙星（CIP）.采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）、傅里叶变换红外吸收光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、Zeta电位分析仪和电子自旋共振（EPR）分析了BC的理化性质;考察了BC投加量、PMS投加量、初始pH值和无机阴离子对BC/PMS体系降解CIP效果的影响;通过自由基淬灭实验和X射线光电子能谱（XPS）分析,深入探讨了BC/PMS体系对CIP降解机制.结果表明,CIP降解率随BC投加量和PMS投加量增大而升高,随溶液初始pH增大而降低,在BC 1.0 g·L^-1、PMS 3.0 mmol·L^-1、初始pH 6.0、CIP 20 mg·L^-1和反应时间120 min时,CIP降解率为49.09%;SO₄^2-和NO₃^-对BC/PMS体系降解效果无显著影响,HCO₃^-和Cl^-具有明显抑制作用;BC/PMS体系降解CIP是自由基途径（·OH和SO₄^-·）和非自由基途径（¹O₂）共同作用的结果,降解路径主要包括哌嗪环开环和羟基化反应.     

纳米Cu0@Fe3O4活化PMS降解对-硝基苯酚的协同反应机制

为解决纳米Cu⁰活化过硫酸盐体系主要依赖浸出铜离子参与均相反应且适应pH范围窄（<7）的缺陷,本研究采用共沉淀法制备了纳米Cu⁰@Fe₃O₄催化剂,以对-硝基苯酚（PNP）为目标污染物,较系统地考察了Cu⁰@Fe₃O₄活化PMS的性能和降解PNP的反应机制.结果表明：① pH=5.65、200 mg ·L^-1 Cu⁰@Fe₃O₄和0.5 mmol ·L^-1 PMS在60 min内对5 mg ·L^-1 PNP的降解率可达到96%;②在Cu⁰@Fe₃O₄/PMS体系中,总铜离子（TCu）和总亚铜离子（TCu⁺）以及铁离子浸出几乎可以忽略,可认为是非均相反应体系;③通过包覆Fe₃O₄成功改变了Cu⁰活化PMS降解PNP的反应途径,在5~9的pH范围内都具有良好的降解性能;④反应体系中存在SO^-₄ ·和HO ·两种活性自由基,对反应体系的贡献率分别为34%和60%,HO ·是主导自由基;⑤体系中Fe和Cu之间存在双金属协同作用,Cu（Ⅰ）的存在能够促进Fe（Ⅲ）还原为Fe（Ⅱ）,从而形成良好的氧化还原循环,提高了反应体系的持久性.     

改性污泥基生物炭的性质与重金属吸附效果

为提高污泥基生物炭在高钙溶液体系中对重金属阳离子的吸附能力,将Fe₂O₃、MnO₂、ZnO与市政污泥以质量比1 ∶10（以过渡金属元素质量计）混合共热解,制备改性生物炭;表征改性生物炭的组成、官能团分布和表面性质,考察其对典型重金属阳离子Cd²⁺的吸附效果.过渡金属氧化物可促进污泥的热解,改性生物炭的H/C原子比均低于0.31,碳链裂解脱氢更彻底.改性生物炭中Fe、Mn保留较好,分别主要以单质和氧化物形态存在;而Zn流失较多.改性生物炭中的孔隙以介孔为主,平均孔径约3.8 nm,比表面积在50 m²·g^-1以上.初始浓度约200 mg·L^-1的Cd²⁺溶液中,Ca²⁺初始浓度从0 mg·L^-1升高到约200 mg·L^-1,Fe改性生物炭对Cd²⁺的吸附容量从43.17 mg·g^-1降至27.88 mg·g^-1,但仍较未改性生物炭高10 mg·g^-1以上,在含钙溶液体系中表现出了对Cd²⁺更强的吸附性能.Fe₂O₃较MnO₂和ZnO对市政污泥基生物炭吸附重金属的强化效果更好.     

羟胺强化亚铁活化过硫酸盐降解对乙酰氨基酚的研究

采用羟胺(HA)强化Fe~(2+)/过硫酸盐(PS)体系降解对乙酰氨基酚(ACT),考察了Fe~(2+)、PS、HA投加浓度以及反应初始pH值对ACT降解效果的影响.结果表明,在反应时间为30 min,亚铁浓度为0.05 mmol·L~(-1), PS浓度为0.8 mmol·L~(-1)和初始pH为3.0的条件下,0.5 mmol·L~(-1) HA可将ACT的去除率从13%提高到90%.适量增加Fe~(2+)或HA浓度可以提高ACT的降解率,但是过高的Fe~(2+)和HA浓度会抑制ACT的降解.ACT的降解率随着PS浓度升高而提升,当PS浓度达到1.2 mmol·L~(-1)时,30 min内ACT几乎可以完全降解.ACT的降解效果随着pH的升高而降低.EPR实验表明Fe~(2+)/PS/HA体系中主要的自由基是SO■和HO~·.Na_2SO_3、NaNO_2和Na_2S_2O_3等常见的还原剂均能够强化Fe~(2+)/PS体系对ACT的降解效果,但是其对Fe~(2+)/PS体系的强化效果均比HA低.     

UV强化草酸络合Fe3+活化过硫酸盐氧化降解苯胺

采用UV-草酸络合Fe~(3+)[UV-Fe(C_2O_4)3-3]活化过硫酸钠(PS)氧化降解苯胺,研究了Fe(C_2O_4)3-3浓度,PS浓度,pH对PS活化效率及苯胺氧化降解效果的影响机制.结果表明,Fe(C_2O_4)3-3浓度和pH决定了UV-Fe(C_2O_4)3-3体系中Fe~(3+)向Fe2+的转化过程,并对活化PS氧化降解苯胺产生显著影响.随着Fe(C_2O_4)3-3浓度增加,PS的分解率不断提高,但当浓度高于0.75 mmol·L~(-1)时,草酸根离子(C2O_2-4)对硫酸根自由基(SO·-4)的竞争以及SO·-4之间的相互淬灭作用降低了苯胺的降解效果,降解速率大小顺序为5 mmol·L~(-1)0.25 mmol·L~(-1)0.5 mmol·L~(-1)1 mmol·L~(-1)0.75 mmol·L~(-1);中性和碱性条件不利于Fe(C_2O_4)3-3发生光化学反应生成Fe2+,但当初始pH为7和9时,由于PS活化分解过程降低反应体系pH,反应300min时PS的活化率可分别达到74%和67%,苯胺去除率分别高达91%和97%,均高于初始pH为酸性条件下的结果;苯胺降解率随初始PS浓度增加而增大,当PS浓度大于10 mmol·L~(-1)时,苯胺降解过程由二级反应变为准一级反应,但此时过量的PS因与SO·-4发生反应而显著降低PS用于氧化降解苯胺的利用率.     

铁碳促进O3/H2O2体系深度处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物

构建了铁碳-O_3/H_2O_2体系降解矿化垃圾床渗滤液尾水中有机物,并考察了体系O_3、铁碳及H_2O_2投加量、初始pH值和反应时间对铁碳-O_3/H_2O_2体系处理渗滤液尾水的影响.结果表明,在铁碳投加量为3 g·L~(-1),O_3投加量为9.798 mg·min~(-1),H_2O_2投加量为2 mL·L~(-1),初始pH值为3的条件下,反应10 min后,渗滤液尾水的COD和UV_(245)分别从711.96 mg·L~(-1)、0.19下降至295.04 mg·L~(-1)、0.10.类比实验结果表明,铁碳-O_3/H_2O_2体系对渗滤液尾水有机物具有较高的去除率,且可生化性得到提高(BOD/COD从0.04增加至0.40).紫外-可见和三维荧光光谱显示,废水中难降解有机物转化为小分子有机化合物且腐殖质的分子缩合度降低.最后,采用SEM-EDS、XRD和XPS技术对铁碳-O_3/H_2O_2体系的反应机理进行了解析,发现铁碳-O_3/H_2O_2反应的机理为铁碳微电解反应、铁氧化物-H_2O_2非均相芬顿反应、O_3/H_2O_2、铁碳-O_3非均相的高级氧化作用和铁基胶体对有机物的吸附沉淀作用.研究表明,铁碳-O_3/H_2O_2体系是一种能够有效去除矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物的方法.     

厌氧氨氧化污泥恢复过程中的颗粒特性

目前运行容易失稳已成为制约厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺应用的因素之一.在保证底物不抑制的条件下,通过对实验室前期运行失稳的连续流全混反应器(CSTR)中的厌氧氨氧化污泥进行活性恢复,研究了滞留的基质浓度对ANAMMOX污泥恢复过程中颗粒化及活性的影响.结果表明,经过126d运行,ANAMMOX污泥活性获得恢复且脱氮能力明显提升.控制高、低基质浓度水平的2个反应器均能实现污泥的颗粒化及氮素的高效去除,NRR最大分别达到16. 97 kg·(m~3·d)~(-1)和14. 43 kg·(m~3·d)~(-1).随着反应器脱氮能力的提高(污泥颗粒粒径增大),R1、R2两个反应器内污泥的胞外聚合物EPS含量(以VSS计)均增大,分别由接种时的34. 45 mg·g~(-1)增大至77. 52 mg·g~(-1)和94. 18 mg·g~(-1),PN/PS由1. 89分别增大到6. 25和6. 84.在一定范围内,PN/PS比值增大有利于ANAMMOX污泥颗粒化,但PN/PS过大会导致颗粒污泥结构失稳上浮,加剧污泥流失现象.     

含溴水臭氧化过程阴离子对溴酸盐生成的影响

为研究常见无机阴离子对含溴水臭氧化过程溴酸盐(Br O-3)生成的影响,本研究通过小试分别考察了不同质量浓度氯离子(Cl-)、碳酸氢根离子(HCO-3)和硫酸根离子(SO2-4)对Br O-3生成的影响,并结合反应过程臭氧衰减、中间产物次溴酸/次溴酸根离子(HOBr/OBr-)生成及总溴浓度变化情况,进一步分析了这3种无机阴离子对Br O-3生成的影响机制.结果表明,以60 min为例,Cl-质量浓度为3~150 mg·L-1的水样Br O-3生成量相对于未投加Cl-条件降低了8.8%~25.7%;反应20min时,SO2-4质量浓度从0 mg·L-1增至30 mg·L-1时,Br O-3生成量减少了63.9%;而当HCO-3质量浓度由0 mg·L-1上升至30 mg·L-1时,Br O-3生成量增加了6.4倍,其质量浓度超过30 mg·L-1,继续投加HCO-3对Br O-3生成量的促进作用提高不大.研究表明,在相同的臭氧投加量和相同的反应时间下,投加Cl-和SO2-4均能抑制臭氧化过程Br O-3的生成,而投加HCO-3能极大地促进Br O-3的生成.     

过二硫酸盐降解碱液吸收的甲硫醇恶臭

甲硫醇(CH3SH)是一种高毒、高腐蚀性的酸性气体,是恶臭的重要组成部分.碱液吸收是最常用的CH3SH处理方法之一,但吸收液需要进一步处理.过二硫酸盐(persulfate,PS)作为氧化剂用于降解碱液吸收的CH3SH尚鲜见报道.为此,建立一连续循环的吸收降解体系,进行CH3SH的碱液吸收及PS降解实验,并探讨了PS在碱性条件下的稳定性,及反应条件对CH3SH吸收和降解动力学的影响.结果表明,PS在碱液中的稳定性较好,能够有效地降解碱液吸收的CH3S-;随着PS浓度的增加,CH3SH的吸收速率呈先增加后减小的趋势,CH3S-的降解速率不断增大;随着pH的增加,CH3SH的吸收和降解效果均明显增加.在pH为12,CH3SH进气浓度80 mg·m-3,进气速率1.5 L·min-1,PS浓度为1.4 g·L-1时,碱液吸收的CH3S-90%被降解.     

生物传感细胞ADP1_pWHlux在水环境急性毒性检测中的应用

针对天然发光菌和以模式微生物为宿主构建的生物传感细胞在急性毒性检测应用中对测试条件要求苛刻等适用性问题,本研究将1株基因工程构建的生物传感细胞不动杆菌ADP1_p WHlux应用于急性毒性检测,建立检测方法,考察其灵敏度及检测范围.结果表明,ADP1_p WHlux发光受急性毒物的抑制,毒物剂量与发光抑制存在剂量效应关系.在4 mg·L-1Hg Cl2诱导下仅5 min可作出响应,暴露30~60 min后可以给出较为准确的结果.对Hg Cl2的检出限可达0.04 mg·L-1.对我国生活饮用水卫生标准的指标中Be2+、Ba2+、Cu2+、Ni2+检出效果明显,对Be2+、Ba2+、Cu2+的检测范围均在0.025~250 mg·L-1,对Ni2+的检测范围在0.002 5~250 mg·L-1,对Pb2+、Br O-3、Cl O-2的检出限均在0.002 5 mg·L-1,对Cl O-3检出限为0.025mg·L-1.采用ADP1_p WHlux生物传感细胞检测方法对北京市清河水环境急性毒性进行评价,表明ADP1_p WHlux生物传感细胞检测方法可用于污染水样检测.     

超声活化过硫酸盐降解水中典型嗅味

为有效解决饮用水嗅味污染问题,选取水中典型致嗅物质二甲基异莰醇（2-MIB）和土臭素（GSM）作为目标污染物,系统研究了超声（US）活化过硫酸盐（PS）高级氧化技术对两种致嗅物质的降解规律及其影响因素.结果表明,在15 min内超声/过硫酸盐联用工艺能有效去除水中典型嗅味,与单独超声处理相比,2-MIB和GSM的去除率分别可提高57.0%和63.6%;2-MIB与GSM浓度在100~800 ng·L^-1范围内US/PS联用工艺均有较高的去除率,且在100 ng·L^-1时降解效果最佳,去除率分别可达88.7%和93.3%;典型致嗅物质的降解速率随PS浓度（0.25~2mmol·L^-1）和US声强（0.33~0.53 W·cm^-2）的增加而加快;水体中腐殖酸存在会竞争消耗自由基使嗅味降解受到抑制但影响效果不显著;在反应体系中分别加入甲醇与叔丁醇（自由基清除剂）后,2-MIB与GSM去除率明显下降,且甲醇对嗅味降解抑制程度强于叔丁醇,表明US/PS高级氧化技术对嗅味快速的降解主要是硫酸根自由基与羟基自由基共同作用的结果.