弱磁场/零价铁/配体体系氧化降解双氯芬酸及其界面机理研究

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非甾体抗炎药(NSAIDs)是一类典型的PPCPs,因其较难生物降解,近年来已成为研究者们广泛关注的新兴有机污染物之一。本文以典型NSAIDs双氯芬酸(DCF)为研究对象,建立了磁促零价铁/配体(MF/ZVI/ligand)氧化体系,考察了体系降解DCF的规律及影响因素,并探索了基于固液微界面的反应机制,具体如下:研究结果表明,MF协同ZVI/EDTA类芬顿体系能高效降解DCF,降解过程存在初始停滞期(phaseⅠ)和快速降解期(phaseⅡ),MF能在极大程度上提高phaseⅠ和phaseⅡ的降解速率。体系反应机理可能为MF会加速ZVI表面FexOy@Fe0的腐蚀,在洛伦兹力和磁场梯度力的共同作用下Fe2+在FexOy表面不断累积暴露了新鲜的Fe0位点,加速了均相类芬顿反应,产生更多的·OH高效降解DCF。当水环境为中性时,使用无机配体TPP替代EDTA能使MF/ZVI/ligand体系降解DCF的速率提高3-5倍。当使用钝化铁替代ZVI时,磁促效果略有不同。这种差异可能是由不同的铁氧化物层与TPP进行络合溶解时MF对溶解方式的促进效果不同造成的。MF在初始停滞期会对ZVI造成孔腐蚀但对快速降解期影响较弱,说明磁促腐蚀是快速降解期的重要起点。在MF/ZVI/TPP反应过程中溶解的TPP会以磷酸铁的形式吸附在ZVI表面或在ZVI表面形成Fe0@FexOy@FePO4。不同的无机阴离子对ZVI/TPP体系降解DCF的影响不同,HCO3?/CO32?和SO42?两种离子浓度越高越会抑制反应的进行;NO3?浓度对反应速率基本无影响;适当Cl?浓度的升高会促进反应降解DCF,但当浓度过高时则会起到抑制作用;Br?会对体系降解DCF起到显著抑制作用。其干扰机制主要与不同的无机阴离子和·OH的协同或猝灭作用有关。而MF能有效避免无机阴离子的不利干扰。此外,设计了内循环铁砂柱式反应器,发现反应器能有效降解DCF,且MF的存在可以使这种降解变得更为高效,为MF/ZVI/TPP体系降解污染物的工程应用提供了技术参考。
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