亚铁离子活化过硫酸盐氧化降解普施安蓝MX-R的过程强化研究

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高级氧化是降解染料等可生化性差的物质的重要方法,对于Fe2+活化过硫酸盐(PS)高级氧化体系降解有机物,有研究发现焦磷酸、柠檬酸、Na2EDTA以及盐酸羟胺(HA)等存在强化作用,但对其过程机制的认识还有待深入、系统的研究。本文针对同一种目标物——普施安蓝MX-R,通过序批实验,对比了Fe2+/PS与Fe2+/H2O2体系降解目标物的差异性、共性与本质;研究了不同条件下,焦磷酸、柠檬酸、Na2EDTA以及HA对Fe2+/PS体系氧化降解普施安蓝MX-R影响;以及不同pH、Fe2+、PS等条件与PS消耗、Fe2+/Fe3+循环、目标物降解的对应关系,从定性、定量两方面探索强化过程机制,研究结果表明:(1)Fe2+/PS与Fe2+/H2O2体系氧化降解普施安蓝MX-R是一个pH降低的过程,在相同反应条件下,Fe2+/PS体系对普施安蓝MX-R降解效率比Fe2+/H2O2体系更高。对于Fe2+/PS体系,普施安蓝MX-R降解率随Fe2+浓度变化存在一最高值;而对于Fe2+/PS体系,普施安蓝MX-R降解率随PS浓度变化单调增加。酸性环境能够维持体系较高Fe2+浓度,确保对PS活化,增强Fe2+/PS体系对普施安蓝MX-R降解;碱性环境存在Fe2+向Fe(OH)2难溶物沉淀转化,降低Fe2+对PS的活化,削弱Fe2+/PS体系对普施安蓝MX-R降解。当Fe2+与PS浓度较低时,较低初始pH对Fe2+/PS体系降解普施安蓝MX-R较为有利;当Fe2+与PS浓度过量时,较高初始pH对Fe2+/PS体系降解普施安蓝MX-R较为有利。(2)在焦磷酸、Na2EDTA、HA存在的Fe2+/PS体系中,适当浓度范围的焦磷酸、Na2EDTA、HA,对普施安蓝MX氧化降解有强化作用;普施安蓝MX-R降解率受体系构成物浓度组成的影响,存在最佳的PS:Fe2+:加入物摩尔比;这种强化作用主要是通过调节Fe2+与Fe3+循环实现的,涉及的作用包括:Fe2+、Fe3+与加入物的络合作用;Fe2+与Fe(OH)2、Fe3+与Fe(OH)3的沉淀平衡作用;加入物的还原作用。在实验条件下,柠檬酸对Fe2+/PS体系降解普施安蓝MX没有强化作用。焦磷酸、Na2EDTA、HA加入的可拓宽Fe2+/PS体系对pH的适应范围;对于普施安蓝MX-R初始浓度100mg/L的Fe2+/PS体系,外加焦磷酸的Fe2+/PS体系在pH=3-10范围内都可获得90%以上的染料脱色率,适宜的摩尔比PS:Fe2+:焦磷酸=2.5:5:1;而外加Na2EDTA的Fe2+/PS体系、在pH=3-10范围内都可获得80%以上的染料脱色率,适宜的摩尔比PS:Fe2+:Na2EDTA=2.5:5:2;外加HA的Fe2+/PS体系、在pH=3-7范围内都可获得75%以上的染料脱色率,适宜的摩尔比PS:Fe2+:HA=1.5:0.04:0.1。HA对Fe2+/PS体系氧化降解有着特异的强化作用,HA还原性所致的Fe2+/Fe3+循环,对提高Fe2+/PS体系氧化降解能力有着关键性影响,在达到相同的普施安蓝MX-R脱色率条件下,体系中初始HA浓度是焦磷酸浓度的0.1倍,初始Fe2+、PS浓度分别是焦磷酸体系的0.008倍、0.6倍。(3)在有焦磷酸、Na2EDTA以及HA的Fe2+/PS降解普施安蓝MX-R体系中,存在SO4-?、O2-?以及HO?等氧化性很强的活性中间体,其中以SO4-?浓度最高;在不同外加物的Fe2+/PS体系中,SO4-?对普施安蓝MX-R降解影响大小排序:焦磷酸>HA>Na2EDTA>柠檬酸;而O2-?对普施安蓝MX-R降解影响大小排序:HA>Na2EDTA>柠檬酸>焦磷酸。对于存在焦磷酸的Fe2+/PS体系,随着焦磷酸浓度增大,所产生HO?浓度越大,但过高的焦磷酸浓度会抑制HO?生成。对于存在Na2EDTA或柠檬酸的Fe2+/PS体系,随着Na2EDTA或柠檬酸浓度增高,所产生的HO?浓度越少。对于存在HA的Fe2+/PS体系,与未加HA的体系产生的HO?浓度差异较小,都能维持较高的HO?浓度水平。HA对Fe2+/PS体系降解普施安蓝MX-R的特异强化作用,与O2-?、SO4-?生成有很强的关联性。对于考察的几种强化Fe2+/PS体系降解普施安蓝MX-R,随着氧化降解过程的进行,普施安蓝MX-R在204nm、255nm、281nm、371nm、597nm5处的特征吸收峰,都有显著下降,蒽醌发色基团、磺酸基以及三嗪结构都有不同程度解离。
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