太阳光辅助过硫酸盐降解水中有机污染物

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近年来,基于过硫酸盐(PS)的高级氧化技术被应用于处理水中难降解的有机污染物。因其p H应用范围广泛、氧化能力强以及对药物的高选择性,使得其在污水处理方面应用前景广阔。如何能够快速、高效地活化PS是该技术的关键所在。活化PS的方法有很多,如光活化、热活化、碱活化、过渡金属活化等。其中光活化由于其绿色环保、成本低廉而被广泛研究。本论文首先研究了太阳光-PS体系降解氧氟沙星(OFX)的性能,然后利用共沉淀法制备了草酸亚铁和钨酸铋,研究了其光催化活化过硫酸盐的性能,并探究了污染物的降解机制,研究的主要内容可以概括为如下部分:(1)本章研究了水质条件对太阳光-PS体系降解OFX的影响,并探讨了OFX的降解机理。结果表明,PS与太阳光的结合对OFX的降解具有显著的协同作用。用伪一级反应动力学模型可以很好地拟合降解曲线,随着溶液p H从4增加到10,反应速率常数从0.0909上升到0.9704 min-1。在p H4-8(0.6916-0.9704 min-1)时的降解速率常数远高于许多已报道的PS活化体系。此外,水体常见的无机离子对OFX降解的影响不大,说明了这一过程具有实际应用前景。研究表明PS几乎不被太阳光照射激活,形成的自由基非常有限,所以OFX的降解不遵循自由基机制。与PS相比,OFX更容易被太阳照射激活。虽然PS很难与OFX反应,但它可以很容易地氧化被光活化的OFX。因此,PS和太阳光的结合可以有效地降解OFX。(2)本章采用简便的共沉淀法,以硫酸亚铁(Fe SO4·7H2O)和草酸(H2C2O4·2H2O)为原料成功制备了FeC2O4。通过其活化PS成功降解了酚类污染物对硝基苯酚(PNP),并对比了其光催化性能。结果表明,太阳光/FeC2O4体系对PNP的降解率仅为54%,而太阳光/PS/FeC2O4体系的降解率为83%。通过探究PS浓度、催化剂用量以及初始p H的影响,找到最佳反应条件,发现当PS浓度为1.5 mmol·L-1、FeC2O4浓度为0.1 g·L-1、p H3时为最佳反应条件。进一步探究了水中常见离子对反应的影响。通过捕获剂实验和电子顺磁共振光谱仪(EPR)确定了降解PNP的主要活性物种为羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(·SO4-)。最终,通过液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)测定了反应的中间体,并提出了一种可能的PNP降解途径。(3)本章通过水热法成功地制备了钨酸铋(Bi2WO6)。通过其光催化活化PS成功降解了医药品类污染物头孢氨苄(CPX)。考察了不同PS浓度、催化剂用量、初始p H、污染物浓度、光强、水中常见离子以及不同光源对反应条件的影响,确定了最佳反应条件。结果表明,Bi2WO6是一种在太阳光照射下能够有效地活化PS降解和矿化CPX的有效催化剂,当PS浓度为1.5 mmol·L-1、Bi2WO6浓度为1.5 g·L-1、p H6时为最佳反应条件。进一步,通过捕获剂实验表明,CPX的降解是由多种活性物种共同作用的结果。
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